EP0139730A1 - Elektrischer schalter - Google Patents

Elektrischer schalter

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Publication number
EP0139730A1
EP0139730A1 EP19840901739 EP84901739A EP0139730A1 EP 0139730 A1 EP0139730 A1 EP 0139730A1 EP 19840901739 EP19840901739 EP 19840901739 EP 84901739 A EP84901739 A EP 84901739A EP 0139730 A1 EP0139730 A1 EP 0139730A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
switch
carrier
ball
switch according
switch board
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19840901739
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Koslar
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.)
Createc Gesellschaft fuer Elektrotechnik mbH
Original Assignee
Createc Gesellschaft fuer Elektrotechnik mbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Createc Gesellschaft fuer Elektrotechnik mbH filed Critical Createc Gesellschaft fuer Elektrotechnik mbH
Publication of EP0139730A1 publication Critical patent/EP0139730A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H1/00—Contacts
    • H01H1/12—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage
    • H01H1/14—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting
    • H01H1/16—Contacts characterised by the manner in which co-operating contacts engage by abutting by rolling; by wrapping; Roller or ball contacts

Definitions

  • the invention relates to an electrical switch according to the preamble of the main claim.
  • Switches for electrical and electronic devices are known in a large number of embodiments.
  • Printed circuit boards or circuit boards are used in many of these devices, the conductor tracks on the boards sometimes serving as contact surfaces for switches which are connected by means of resilient contact bridges.
  • Such a switch is known from DE-OS 26 17 704, which has an insulating body to which pairs of stamped electrical contacts are attached opposite one another.
  • the electrical connection between the opposing ones Contact pairs, each of which are connected to corresponding electrical conductors, are carried out via a ball which is guided in a carrier and is pushed by the latter between the opposing contacts.
  • the contacts have holes in which the ball can snap into place.
  • the invention has for its object to provide an electrical switch, in particular for electrical or electronic devices with printed circuit boards or the like, which, with a simple structure, inexpensive manufacture and reliable reproducibility in manufacture, ensures a perfect electrical connection even after long-term use, whereby the to meet the special requirements of spatial density and the complexity of modern circuits.
  • the switch has a very simple structure and, in its simplest form, consists of only two mechanical parts. Tolerance problems that occur with every switch production can be largely solved.
  • the ball used as the contact element fits easily regardless of possible tolerances always on a hole edge in such a way that the edge of the hole lies linearly against the surface of the ball. If the locking height is subject to tolerances, this compensates the ball by a more or less high immersion depth. This applies accordingly in the event that the contact surfaces on the switch board should be slightly worked into the holes during the service life, since the immersing ball ensures that these path changes are compensated for.
  • the ball used in the switch is a very good locking element, since it has a clearly noticeable locking point even with a small difference in level with the lowest rolling friction, whereby the spring is further improved by applying spring force to the ball and resulting system pressure.
  • the fact that the ball in the carrier has sufficient freedom of movement ensures that it engages properly and thus makes perfect contact even if the respective holes or bores in the surface plane have different tolerances. Because the ball is movably guided in the carrier, it does not always lie in the same areas on the contacts, but is always brought into a different position by the rolling, so that an infinite number of contact circles are available.
  • the configuration of the contact surfaces directly on the bores can be selected such that the rolling path of the ball, after lifting off the contact lines outside the conductor tracks, rests exclusively on insulation material, as a result of which the abrasion due to friction is extremely low, both on the ball and on the contacts , whereby there is hardly any abrasion on the metal surfaces, because there is only rolling friction due to the rolling of the ball.
  • the switch Due to the simple structure of the switch, its assembly can be carried out independently of a soldering process. As a result, all components present on the circuit board can first be applied and soldered. After soldering, the circuit board can be subjected to a washing process, so that acids, vapors and rosin which can occur on the contact surfaces and which can get onto the contact surfaces can be removed therefrom. This eliminates the need to assemble switches on printed circuit boards as well as possible.
  • Figure 1 shows schematically a switch board with contact balls.
  • Figure 2 is a partially sectioned view of the entire structure of the switch according to the invention.
  • Fig. 3 shows a section and a top view of the carrier carrying the balls.
  • a switch board 5 which has a plurality of recesses 4 in the form of bores or punched holes. Several electrical and electronic components can be located on this switch board 5.
  • the switch board 5 is provided on its surface with conductor tracks 6 in the form of printed circuits or the like.
  • the conductor tracks 6 are brought to the recesses 4 in segments and interrupted by them.
  • the figure shows schematically how the interrupted conductor tracks are electrically connected.
  • balls 3 are provided as contact elements, which are moved parallel to the surface of the switch board 5 in accordance with the arrow 13 and engage in the recesses 4.
  • the balls 3 are electrically conductive and their surface is hard nickel-plated and then galvanized with a material typical of contact materials, for example silver, gold, platinum or tin.
  • the conductor tracks can also be provided with a corresponding material in the area of the recesses 4 for better contact.
  • the balls 3 lie with a part of their surface designed as a circular ring on the edge of the recesses and thus on the segment-like parts of the conductor tracks 6 which are brought up to the recesses 4 so that the conductor tracks 6 are electrically connected via the balls 3.
  • Fig. 2 shows the switch according to the invention in the assembled state.
  • the balls 3 are held by a cage-like carrier 1 shown in more detail in FIG. 3.
  • this carrier 1 has cavities 2 for receiving the balls, which are cylindrical or dome-shaped.
  • the carrier 1 is cut out in an arc shape on its surface, so that the cavities 2 are delimited by tongue-shaped tabs 8, which serve as spring elements.
  • the cavities 2 have wedge-shaped projections on their edges facing the switch board 5.
  • the carrier which can be produced as a plastic injection-molded part, is designed to be arcuate over its longitudinal axis in the non-installed state.
  • the balls 3 When mounting the switch, the balls 3 are pressed into the cavities 2, the walls of the cavities being expanded and thus the Resistance is overcome by the wedge-shaped projections 12. The balls snap into the cavities 2 and cannot be lost because the wedge-shaped projections prevent them from rolling out.
  • the carrier 1 is pressed onto the surface of the switch board 5 by a housing 11, which is connected to the switch board 5, for example by screws, so that the carrier as a whole lies parallel to the surface of the switch board 5 under tension.
  • the balls 3 are depressed by the tongue-shaped tabs 8, which in turn have a certain spring action in order to be able to compensate for different height differences.
  • the carrier 1 is on the one hand a guide and mounting element for the balls and on the other hand it serves as a contact pressure spring and as a detent spring. Accordingly, the ball is both a connecting contact element and a locking element.
  • the balls 3 are moved by the carrier 1 in a longitudinal movement parallel to the surface of the switch card 5.
  • a ball 3 engaged in the recess 4 is lifted perpendicularly from the contact line, the bevels on the wedge-shaped projections 12 engaging under the ball 3 and lifting them out of the holes during movement, so that the lifting pressure is reduced.
  • the carrier 1 has four cavities 2 for receiving the Balls 3 on.
  • a different number of balls can also be provided, these cooperating with corresponding recesses provided in the switch board 5, which can also be arranged in a grid pattern.
  • the carrier 1 can also be moved in a rotational movement.

Landscapes

  • Push-Button Switches (AREA)

Description

Elektrischer Schalter
Die Erfindung betrifft einen elektrischen Schalter nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Schalter für elektrische und elektronische Geräte sind in einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. In diesen Geräten werden vielfach Leiterplatten bzw. Platinen verwendet, wobei teilweise die Leiterbahnen auf den Platinen als Kontaktflächen für Schalter dienen, die mit Hilfe von federnden Kontaktbrücken verbunden werden.
Andere bekannte Schalter weisen als Kontaktelement, das zwei Kontakte verbinden soll, Kugeln auf, die in Ausnehmungen in den Kontakten einrasten.
Ein derartiger Schalter ist aus der DE-OS 26 17 704 bekannt, der einen Isolierstoffkörper aufweist, an dem sich gegenüberstehend Paare von gestanzten elektrischen Kontakten befestigt sind.Die elektrische Verbindung zwischen den sich gegegenüberstehenden Kontaktpaaren, die jeweils an entsprechende elektrische Leiter angeschlossen sind, erfolgt über eine Kugel, die in einem Träger geführt ist und von diesem zwischen die sich gegenüberstehenden Kontakte geschoben wird. Dabei weisen die Kontakte Bohrungen auf, in die die Kugel einrasten kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schalter insbesondere für elektrische oder elektronische Geräte mit gedruckten Leiterplatten oder dergleichen zu schaffen, der bei einfachem Aufbau, kostengünstiger Herstellung und zuverlässiger Reproduzierbarkeit in der Fertigung auch nach langandauernder Benutzung eine einwandfreie elektrische Verbindung gewährleistet, wobei er den speziellen Erfordernissen der räumlichen Dichte und der Komplexität moderner Schaltungen gerecht werden soll.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs gelöst.
Das Vorsehen von Bohrungen in üblichen Schaltern bzw. Leiterplatten, an die leiterbahnähnlich Kontakte segmentartig herangeführt sind, wobei diese Kontakte von einer durch einen Träger geführten und verschiebbaren und in die Bohrung einrastbaren Kugel überbrückt werden, sind eine Vielzahl von Vorteilen gegeben. Der Schalter weist einen sehr einfachen Aufbau auf und besteht in seiner einfachsten Attsführungsform nur aus zwei mechanischen Teilen. Toleranzprobleme, die bei jeder Schalterfertigung auftreten, können zum größten Teil gelöst werden. Die als Kontaktelement verwendete Kugel paßt sich ohne Schwierigkeiten unabhängig von möglichen Toleranzen einem Lochrand immer derart an, daß die Lochrandkante linienförmig an der Kugeloberfläche anliegt. Sollte die Rasthöhe Toleranzen unterworfen sein, so gleicht dies die Kugel durch eine mehr oder weniger hohe Eintauchtiefe aus. Dies gilt entsprechend für den Fall, daß sich die Kontaktflächen auf der Schalterplatine während der Lebensdauer an den Bohrungen geringfügig einarbeiten sollten, da die eintauchende Kugel für den Ausgleich dieser Wegänderungen sorgt.
Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß sich Löcher fertigungstechnisch verhältnismäßig genau geometrisch reproduzieren lassen. Die bei dem Schalter verwendete Kugel ist ein sehr gutes Rastelement, da sie bei geringster Rollreibung einen deutlich spürbaren Rastpunkt auch bei einem geringen Niveauunterschied aufweist, wobei durch Beaufschlagen der Kugel mit einer Federkraft und einen dadurch hervorgerufenen Anlagedruck das Einrasten weiterhin verbessert wird. Dadurch, daß die Kugel in dem Träger einen genügenden Bewegungsspielraum hat, wird ein einwandfreies Einrasten und damit eine einwandfreie Kontaktgabe auch gegeben, wenn die jeweiligen Löcher bzw. Bohrungen in der Oberflächenebene unterschiedliche Toleranzen aufweisen. Dadurch, daß die Kugel in dem Träger beweglich geführt ist, liegt sie nicht immer in gleichen Bereichen an den Kontakten an, sondern wird durch das Rollen immer wieder in eine andere Position gebracht, so daß unendlich viele Kontaktkreise zur Verfügung stehen. Durch die Längs- bzw. Drehbewegung des Trägers parallel zur Oberfläche der Platine hebt sich die von dem Träger geführte Kugel senkrecht von den Kontaktlinien ab, so daß eine schnelle und genaue Trennung der elektrischen Verbindung möglich ist. Dabei kann die Konfiguration der Kontaktflächen direkt an den Bohrungen derart gewählt werden, daß der Rollweg der Kugel nach Abheben von den Kontaktlinien außerhalb der Leiterbahnen ausschließlich auf Isolationsmaterial aufliegt, wodurch der Abrieb durch Reibung, sowohl an der Kugel als auch an den Kontakten äußerst gering ist, wobei auch an den aufliegenden metallenen Flächen kaum Abrieb entsteht, da durch das Rollen der Kugel nur eine Rollreibung vorhanden ist.
Durch den einfachen Aufbau des Schalters kann sein Zusammenbau unabhängig von einem Lötvorgang vorgenommen werden. Dadurch können zuerst alle auf der Leiterplatte vorhandenen Bauelemente aufgebracht werden und verlötet werden. Die Leiterplatte kann nach dem Löten einem Waschvorgang unterzogen werden, so daß beim Löten auftretende Säuren, Dämpfe und Kolophonium, die auf die Kontaktflächen gelangen können, von diesen entfernt werden können. Damit entfällt die bisher vorhandene Notwendigkeit, Schalter auf Leiterplatinen möglichst gut abgedichtet aufzubauen.
Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 schematisch eine Schalterplatine mit Kontaktkugeln;
Fig. 2 in einer teilweise geschnittenen Ansicht den gesamten Aufbau des erfindungsgemäßen Schalters; und
Fig. 3 einen Schnitt und eine Aufsicht auf den die Kugeln führenden Träger.
In Fig. 1 ist eine Schalterplatine 5 dargestellt, die mehrere Ausnehmungen 4 in Form von Bohrungen oder gestanzten Löchern aufweist. Auf dieser Schalterplatine 5 können sich mehrere elektrische und elektronische Bauelemente befinden. Die Schalterplatine 5 ist auf ihrer Oberfläche mit Leiterbahnen 6 in Form von gedruckten Schaltungen oder dergleichen versehen. Die Leiterbahnen 6 sind segmentartig an die Ausnehmungen 4 herangeführt und von diesen unterbrochen. Die Figur zeigt schematisch, wie die unterbrochenen Leiterbahnen elektrisch verbunden werden. Dazu sind als Kontaktelemente Kugeln 3 vorgesehen, die parallel zu der Oberfläche der Schalterplatine 5 entsprechend dem Pfeil 13 bewegt werden und in die Ausnehmungen 4 einrasten. Die Kugeln 3 sind elektrisch leitend und ihre Oberfläche ist hart vernickelt und dann mit einem für Kontaktwerkstoffe typischen Material, zum Beispiel Silber, Gold, Platin oder Zinn, galvanisiert. Auch die Leiterbahnen können zur besseren Kontaktgabe im Bereich der Ausnehmungen 4 mit einem entsprechenden Material versehen sein. Die Kugeln 3 liegen mit einem als Kreisring ausgebildeten Teil ihrer Oberfläche an dem Rand der Ausnehmungen und damit an den segmentförmig an die Ausnehmungen 4 herangeführten Teilen der Leiterbahnen 6 an, so daß die Leiterbahnen 6 elektrisch über die Kugeln 3 verbunden sind.
Zur Verbesserung der Köntaktgabe wird ein durch die Pfeile 14 angedeuteter Kontakt- bzw. Rastdruck auf die Kugeln 3 ausgeübt.
Fig. 2 zeigt den erfindungsgemäßen Schalter in zusammengebautem Zustand. Die Kugeln 3 werden von einem in Fig. 3 näher dargestellten käfigartigen Träger 1 gehalten. Dieser Träger 1 weist entsprechend der Anzahl der zu bewegenden Kugeln Hohlräume 2 zur Aufnahme der Kugeln auf, die zylinderförmig oder kalottenförmig ausgebildet sind. Oberhalb der Hohlräume 2 ist der Träger 1 an seiner Oberfläche bogenförmig ausgeschnitten, so daß die Hohlräume 2 durch zungenförmige Lappen 8 begrenzt werden, die als Federelemente dienen. Die Hohlräume 2 weisen an ihren der Schalterplatine 5 zugewandten Rändern keilförmige Vorsprünge auf. In der Mitte des Trägers 1 befindet sich eine Bohrung 9 und ein zur Mittellinie parallel laufender Schlitz 10, in denen der eigentliche Betätigungsknopf oder Knebel des Schalters rastend federnd aufgenommen ist. Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, ist der Träger, der als Kunststoffspritzteil hergestellt werden kann, in nicht eingebautem Zustand über seine Längsachse bogenförmig ausgebildet.
Beim Montieren des Schalters werden die Kugeln 3 in die Hohlräume 2 eingedrückt, wobei die Wandungen der Hohlräume ausgeweitet werden und somit der Widerstand durch die keilförmigen Vorsprünge 12 überwunden wird. Die Kugeln rasten in die Hohlräume 2 ein und können nicht verloren gehen, da die keilförmigen Vorsprünge ein Herausrollen verhindern. Der Träger 1 wird durch ein Gehäuse 11, das mit der Schalterplatine 5 zum Beispiel durch Schrauben verbunden ist, auf die Oberfläche der Schalterplatine 5 gedrückt, so daß der Träger insgesamt unter Spannung parallel zur Oberfläche der Schalterplatine 5 liegt. Dadurch werden auf die Kugeln Kräfte senkrecht zur Platinenoberfläche erzeugt, die sie gegen die Leiterbahnen 6 bzw. in die Ausnehmungen 4 drücken. Außerdem werden die Kugeln 3 durch die zungenfδrmigen Lappen 8 niedergedrückt, die ihrerseits eine gewisse Federwirkung haben, um einen Ausgleich bei verschiedenen Höhenunterschieden vornehmen zu können. Somit ist der Träger 1 einerseits ein Führungs- und Halterungselement für die Kugeln und andererseits dient er als Kontaktandruckfeder und als Rastfeder. Entsprechend ist die Kugel sowohl ein verbindendes Kontaktelement als auch ein Rastelement.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel werden die Kugeln 3 durch den Träger 1 in einer Längsbewegung parallel zur Oberfläche der Schalterkarte 5 bewegt. Eine in die Ausnehmung 4 eingerastete Kugel 3 wird dabei senkrecht von der Kontaktlinie abgehoben, wobei die Schrägen an den keilförmigen Vorsprüngen 12 unter die Kugel 3 greifen und diese bei der Bewegung aus den Löchern herausheben, so daß der Abhebedruck vermindert wird. Bei dieser Ausführungsform weist der Träger 1 vier Hohlräume 2 zur Aufnahme der Kugeln 3 auf. Selbstverständlich kann auch eine andere Anzahl von Kugeln vorgesehen sein, wobei diese mit entsprechenden in der Schalterplatine 5 vorgesehenen Ausnehmungen, die auch rastermäßig angeordnet sein können, zusammenarbeiten. Auch kann der Träger 1 in einer Drehbewegung verschoben werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrischer Schalter mit mindestens einer in einem isolierenden Träger angeordneten elektrisch leitfähigen Kontaktkugel, über die mindestens zwei Kontakte verbindbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine Schalterplatine (5) mit mindestens einer Ausnehmung (4) vorgesehen ist, auf der leiterbahnähnlich segmentartig die Kontakte (6) an die Ausnehmung (4) herangeführt sind und daß die Kugel (3) durch den Träger (1) parallel zur Oberfläche der Schalterplatine (5) beweglich geführt und in die Ausnehmung (4) einrastbar ist.
2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) mindestens einen Hohlraum
(2) aufweist, in dem die bewegliche Kugel
(3) aufgenommen und geführt ist.
3. Schalter nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel (3) mit einer Federkraft senkrecht zur Schalterplatine (5) beaufschlagt ist.
4. Schalter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (2) des Trägers (1) zylinderoder kalottenförmig ausgebildet ist.
5. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) als Kunststoffspritzteil ausgebildet ist, das in nicht zusammengebautem Zustand bogenförmig ist und parallel zur Oberfläche der Schalter platine (5) durch ein Spannelement (11) eingespannt, an die Oberfläche angedrückt und unter Druck durch ein Betätigungsteil (7) verschiebbar ist, wobei der Druck über den Träger (1) auf die Kugel (5) übertragen wird.
6. Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannelement ein fest mit der Schalterplatine (5) verbundenes Schaltergehäuse (11) ist.
7. Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) mindestens ein zungenförmiges Federelement (8) aufweist, das die Kugel (3) auf die Schalterplatine (5) und/oder in die Ausnehmung (4) drückt.
8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) Ausnehmungen (9,10) zur federnd rastenden Aufnahme des Betätigungselementes (7) aufweist,
9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) in einer Längs- oder Drehbewegung parallel zur Schalterplatine (5) verschiebbar ist.
10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontakte (6) an den Ausnehmungen (4) und/oder die Kugel (3) mit Gold, Platin, Silber oder Zinn versehen sind.
11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterplatine (5) mehrere Bohrungen (4) aufweist, die in einem Rastermaß angeordnet sind und daß die Kugeln (3) in entsprechendem Rastermaß in den Träger (1) aufgenommen sind.
12. Schalter nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Hohlraum (2) des Trägers (1) an seinem der Schalterplatine (5) zugewandten Bereich keilförmige Vorsprünge (12) aufweist.
13. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalterplatine (5) gleichzeitig zur Aufnahme von elektrischen und elektronischen Bauteilen dient.
EP19840901739 1983-04-15 1984-04-13 Elektrischer schalter Withdrawn EP0139730A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE3313937 1983-04-15
DE19833313937 DE3313937A1 (de) 1983-04-15 1983-04-15 Elektrischer schalter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0139730A1 true EP0139730A1 (de) 1985-05-08

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ID=6196659

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EP19840901739 Withdrawn EP0139730A1 (de) 1983-04-15 1984-04-13 Elektrischer schalter

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EP (1) EP0139730A1 (de)
DE (1) DE3313937A1 (de)
WO (1) WO1984004200A1 (de)

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18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 19850320

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Inventor name: KOSLAR, MANFRED