CH670917A5

CH670917A5 -

Info

Publication number: CH670917A5
Application number: CH277786A
Authority: CH
Inventors: Heinz-Juergen Willems; Detlev Beyer
Original assignee: Rheinmetall Gmbh
Priority date: 1985-09-21
Filing date: 1986-07-09
Publication date: 1989-07-14
Also published as: DE3533719A1; FR2587833B1; FR2587833A1

Description

BESCHREIBUNG Die Erfindung betrifft eine Schalteranordnung mit einer Mehrzahl von Bedienelementen. DESCRIPTION The invention relates to a switch arrangement with a plurality of operating elements.

Schalteranordnungen dieser Art werden für die vielfältigsten Anwendungsbereiche, insbesondere auch im Maschinenbau, zur manuellen Auslösung von Maschinenfunktionen benötigt. Switch arrangements of this type are required for the most diverse areas of application, in particular also in mechanical engineering, for manual triggering of machine functions.

Aus dem Stand der Technik bekannte Schalteranordnungen mit einer Mehrzahl von Bedienelementen lassen sich im wesentlichen in zwei grosse Gruppen einteilen. Die erste Gruppe umfasst Tastaturen, die aus einzelnen Tasten aufgebaut sind, die überwiegend mit speziellen Gravuren der Bedienelemente und in spezieller Anordnung auf Kundenwunsch erstellt werden. Es handelt sich hierbei um Schalteranordnungen, die auch später noch vom Kunden bezüglich der Gravuren und bezüglich der Schalterfunktionen durch Blindstopfen und dergleichen modifiziert werden können. Dies ist in fast allen Anwendungsfällen im Maschinen- und Gerätebau notwendig, da der Maschinenanwender in der Regel eine auf seine speziellen Verhältnisse zugeschnittene Schalteranordnung wünscht. Problematisch ist bei dieser ersten Gruppe der Schalteranordnungen eine hinreichend feuchtigkeits- und staubdichte Abdichtung der Tasten, ohne die eine betriebssichere Funktion der Schalteranordnungen in rauhen Umgebungsbedingungen nicht sichergestellt werden kann. Als Notlösung zur Behebung des Problems wird vielfach eine transparente Dichtmasse verwendet, die über alle Bedienelemente bzw. Tasten der Schalteranordnung ausgespannt wird und die zumindest zeitweilig eine störungsfreie Betätigung der Bedienelemente gewährleistet. Andererseits sind sogenannte Folientastaturen bekannt, die es zwar in verschiedenen technischen Ausführungen gibt, die aber jeweils auf Kundenwunsch zugeschnitten werden müssen und dann nur in Grossserie wirtschaftlich hergestellt werden können. Der Einsatz derartiger Schalteranordnungen ist daher in der Regel nur bei Maschinen oder Anlagen zweckmässig, die in relativ grosser Serie unverändert hergestellt werden. Die Praxis fordert jedoch Schalteranordnungen, die sich leicht und flexibel auch bei relativ geringer Stückzahl auf besondere Kundenwünsche einstellen lassen. Bekannte Schalteranordnungen der vorstehend erwähnten Art umfassen in der Regel immer nur Schliesserkontakte, die erst vermittels einer zusätzlichen Steuerschaltung auf elektronischem Wege invertiert werden müssen, Switch arrangements known from the prior art with a plurality of operating elements can essentially be divided into two large groups. The first group includes keyboards that are made up of individual keys, which are predominantly created with special engravings of the control elements and in a special arrangement on customer request. These are switch arrangements that can be modified later by the customer with regard to the engravings and the switch functions by means of blind plugs and the like. This is necessary in almost all applications in machine and device construction, since the machine user generally wants a switch arrangement tailored to his special circumstances. The problem with this first group of switch assemblies is that the buttons are adequately moisture and dust-tight, without which reliable operation of the switch assemblies cannot be ensured in harsh environmental conditions. In many cases, a transparent sealing compound is used as an emergency solution to remedy the problem, which is stretched out over all operating elements or keys of the switch arrangement and which, at least temporarily, ensures trouble-free actuation of the operating elements. On the other hand, so-called membrane keyboards are known, which are available in different technical versions, but which have to be cut to customer requirements and can then only be economically produced in large series. The use of such switch arrangements is therefore usually only useful for machines or systems that are manufactured in a relatively large series unchanged. In practice, however, switch arrangements are required that can be easily and flexibly adjusted to special customer requirements even with a relatively small number of items. Known switch arrangements of the type mentioned above generally only include make contacts, which only have to be inverted electronically by means of an additional control circuit,

falls die Funktion eines Öffnerkontakts realisiert werden soll. Dies ist aber, insbesondere im Maschinenbaubereich, aus Sicherheitsgründen untersagt, da mit einem Schliesser-kontakt nie eine den Sicherheitsvorschriften entsprechende Spannungsunterbrechung erzielbar ist. if the function of an NC contact is to be implemented. However, this is prohibited, particularly in the mechanical engineering sector, for safety reasons, since a normally open contact can never be used to interrupt the voltage in accordance with the safety regulations.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine neuartige Schalteranordnung anzugeben, die die vorstehend erwähnten Nachteil vermeidet und die, trotz leicht und flexibel abwandelbarer Wahl der Schaltfunktionen, höchste Betriebssicherheit in rauhen Umgebungsbedingungen und, falls gefordert, auch höchste elektrische Sicherheit durch Vorsehen von Öffnerkontakten garantiert. The invention is therefore based on the object of specifying a novel switch arrangement which avoids the disadvantage mentioned above and which, despite the easily and flexibly changeable selection of the switching functions, guarantees the highest level of operational reliability in harsh environmental conditions and, if required, the highest level of electrical safety by providing break contacts .

Diese Aufgabe wird duch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. This object is achieved by the invention specified in claim 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Advantageous refinements and developments of the invention emerge from the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt: The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine in einer Anlage montierte Schalteranordnung; 1 shows a longitudinal section through a switch assembly mounted in a system.

Fig. 2 einen Längsschnitt durch Teile der Schalteranordnung nach Figur 1 in vergrössertem Massstab; 2 shows a longitudinal section through parts of the switch arrangement according to FIG. 1 on an enlarged scale;

Fig. 3 eine Aufsicht auf die Frontseite der Schalteranordnung nach Figur 1. 3 shows a plan view of the front of the switch arrangement according to FIG. 1.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine in einer Anlage montierte Schalteranordnung 10. Die Schalteranordnung 10 wird auf einfache Weise vermittels Klemmschrauben 13 und eines Druckrahmens 11 in einem Ausschnitt der Frontplatte 100 der Anlage befestigt. Die Schalteranordnung 10 umfasst rückseitig ein spritzwasserdichtes Gehäuse 12, in dem im 1 shows a longitudinal section through a switch arrangement 10 mounted in a system. The switch arrangement 10 is fastened in a simple manner by means of clamping screws 13 and a pressure frame 11 in a cutout of the front plate 100 of the system. The switch assembly 10 comprises a splash-proof housing 12 on the back, in which

2 2nd

s s

10 10th

15 15

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25 25th

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50 50

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wesentlichen parallel zur Frontplatte 100 verlaufend eine Leiterbahnen 19,19a tragende Leiterplatte 14 angeordnet ist. Auf der Leiterplatte 14 wiederum sind Zeilen- bzw. spalten-förmig mehrere, die Leiterbahnen 19,19a auf der Leiterplatte 14 verbindende Bedienelemente 15 angeordnet. Als vorderseitige Begrenzung der Schalteranordnung 10 ist schliesslich vor den Bedienelementen 15 ein spritzwasserdichtes Dichtungsprofil 17 angeordnet, das um die abgewinkelte Wandung des Gehäuses 12 herumgezogen ist, sich dadurch bei Montage der Schalteranordnung 10 gegen eine Randfläche der Frontplatte 100 anpresst und auf diese Weise einen feuchtigkeitsdichten Abschluss des Frontplattendurch-bruchs sicherstellt. A printed circuit board 14 carrying conductor tracks 19, 19a is arranged essentially parallel to the front plate 100. On the circuit board 14, in turn, a number of control elements 15, which connect the conductor tracks 19, 19a on the circuit board 14, are arranged in rows or columns. Finally, as a front-side limitation of the switch arrangement 10, a splash-proof sealing profile 17 is arranged in front of the operating elements 15, which is drawn around the angled wall of the housing 12, thereby pressing against an edge surface of the front plate 100 during assembly of the switch arrangement 10 and in this way providing a moisture-tight seal of the front panel breakthrough.

Die Bedienelemente 15 sind Zeilen- oder spaltenförmig angeordnet. Sie umfassen ein im wesentlichen topfförmig ausgebildetes Gehäuse 15a, das vermittels hervorspringender Rastelemente 15b in Bohrungen der Leiterplatte 14 verankerbar ist. In einer zentrisch angeordneten Bohrung im Gehäuse 15a ist ein von einem Federelement (Druckfeder 15f bzw. Tellerfeder 15h) beaufschlagter Stössel 15c gleitbar gelagert, der sich in Ruhelage vermittels einer Schulter 20 am inneren Topfboden des Gehäuses 15a abstützt. In seiner der Leiterplatte 14 zugewandten Stirnfläche trägt der Stössel 15c ein mit einer ringförmig umlaufenden Hinterschneidung versehenes Sackloch, in das ein mit einem Rastelement 21 versehener Kontaktelementträger 15d eingreift. Der Kontaktelementträger 15d trägt vermittels einer glatten oder tellerförmigen Verbreiterung auf ihrer der Leiterplatte 14 zugewandten Seite Kontaktelemente 15g (siehe Fig. 2 unten), die in Ruhelage des Stössels 15c Leiterbahnen 19a auf der beidseitig Leiterbahnen 19,19a tragenden Leiterplatte 14 elektrisch leitend verbinden und damit einen Stromkreis schliessen. Es handelt sich somit hierbei um einen Öffnerkontakt, da bei Betätigung des Stössels 15c die Kontaktelemente 15g sich von den Leiterbahnen 19a abheben und den Stromkreis unterbrechen. Eine derartige Öffnerfunktion ist aus Sicherheitserwägungen besonders vorteilhaft, da hier für Aus-Befehle bei Maschinensteuerungen eine echte galvanische Trennung des Schalterstromkreises erzielbar ist. Gleichzeitig trägt der Stössel 15c selbst auf seiner der Leiterplatte 14 zugewandten Stirnfläche ebenfalls Kontaktelemente 15e, die bei Auflage auf der Leiterplatte 14 nach Betätigung des Stössels 15c dort angeordnete Leiterbahnen 19 elektrisch leitend verbinden und somit die Funktion eines Schliesserkontakts erfüllen. Der Stössel 15c, des im unteren Bereich der Fig. 2 dargestellten Bedienelements 15 ist von einer Tellerfeder 15a beaufschlagt, die den Stössel 15c in Ruhelage sicherstellt, andererseits bei Betätigung des Stössels 15c schlagartig in eine andere Lage ausweicht und somit einen Sprungkontakt ermöglicht. Der Stössel 15c des in Fig. 2 oben dargestellten Bedienelements 15 ist dagegen von einer Druckfeder 15f beaufschlagt, gegen deren Rückstellkraft der Stössel 15c bei Betätigung fortbewegt werden muss, so dass ein Schleichkontakt realisiert ist. The controls 15 are arranged in rows or columns. They comprise an essentially pot-shaped housing 15a which can be anchored in holes in the printed circuit board 14 by means of projecting locking elements 15b. A plunger 15c, which is acted upon by a spring element (compression spring 15f or disc spring 15h), is slidably mounted in a centrally arranged bore in the housing 15a and is supported in the rest position by means of a shoulder 20 on the inner pot bottom of the housing 15a. In its end face facing the printed circuit board 14, the plunger 15c carries a blind hole provided with an annular undercut, into which a contact element carrier 15d provided with a latching element 21 engages. The contact element carrier 15d carries, by means of a smooth or plate-shaped widening on its side facing the printed circuit board 14, contact elements 15g (see FIG. 2 below) which, in the rest position of the plunger 15c, electrically conductively connect conductor tracks 19a on the printed circuit board 14 carrying conductor tracks 19, 19a on both sides and thus to close a circuit. It is thus an NC contact, since when the plunger 15c is actuated, the contact elements 15g stand out from the conductor tracks 19a and interrupt the circuit. Such an opening function is particularly advantageous for safety reasons, since a real electrical isolation of the switch circuit can be achieved here for off commands in machine controls. At the same time, the plunger 15c itself also carries on its end face facing the printed circuit board 14 contact elements 15e which, when placed on the printed circuit board 14 after actuation of the plunger 15c, connect conductors 19 arranged there in an electrically conductive manner and thus fulfill the function of a make contact. The plunger 15c of the operating element 15 shown in the lower region of FIG. 2 is acted upon by a plate spring 15a, which ensures the plunger 15c in the rest position, on the other hand, when the plunger 15c is actuated, suddenly switches to another position and thus enables a snap contact. The plunger 15c of the control element 15 shown above in FIG. 2, on the other hand, is acted upon by a compression spring 15f, against the restoring force of which the plunger 15c must be moved when actuated, so that a slow contact is realized.

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Die Steck- und Rastverbindung des Gehäuses 15a mit der Leiterplatte 14 und des Kontaktelementträgers 15d mit dem Stössel 15c sichern eine schnelle und preisgünstige Montage des Bedienelements 15 und ermögleichen dennoch dessen Austausch nach Abnutzung bzw. Zerstörung, so dass die Schalteranordnung auch besonders reparaturfreundlich ausgebildet ist. Die leichte Austauschbarkeit der Bedienelemente 15 ermöglicht es zudem, selbst bei kleinsten Serien auf individuelle Kundenwünsche hinsichtlich der Bestückung mit unterschiedlichen Bedienelementen 15 einzugehen. Selbst die nachträgliche Abänderung der Schalteranordnung durch den Kunden selbst wird durch die vorstehend beschriebene Konstruktion ermöglicht. The plug-in and snap-in connection of the housing 15a with the printed circuit board 14 and the contact element carrier 15d with the plunger 15c ensure quick and inexpensive mounting of the operating element 15 and nevertheless enable its replacement after wear or destruction, so that the switch arrangement is also particularly repair-friendly. The easy interchangeability of the operating elements 15 also makes it possible to respond to individual customer requests with regard to the configuration with different operating elements 15 even in the smallest series. Even the subsequent modification of the switch arrangement by the customer himself is made possible by the construction described above.

Als vorderseitige Begrenzung der Schalteranordnung 10 ist vor den Bedienelementen 15 ein spritzwasserdichtes Dichtungsprofil 17 angeordnet, das reliefartig konstruiert ist. Dieses Dichtungsprofil 17 garantiert einerseits eine spritzwasserfeste Abdichtung der Schalteranordnung 10, so dass diese unter rauhesten Betriebsbedingungen zuverlässig eingesetzt werden kann. Gleichzeitig sorgen die reliefartigen Vertiefungen, die im wesentlichen kreisförmig oder quadratisch ausgebildet sein können, für eine ergonomisch günstige Anzeige der optimalen Druckposition für die jeweilige Betätigung des Bedienelements 15. In den Vertiefungen lassen sich - leicht auswechselbar - zusätzliche Druckplatten 18 anordnen, die in vorteilhafter Weise auf ihrer, dem Anwender zugewandten Aussenfläche noch mit auf die Schaltfunktion hinweisenden Symbolen versehen sein können (Fig. 3). Alle an den Schalterfunktionen beteiligten Leiterbahnen 19, 19a führen zu einem vorzugsweise mittig auf der Leiterplatte 19 angeordneten Anschlussstecker 16, der zur Verbindung der Schalteranordnung 10 mit der jeweiligen Maschine dient. In besonders vorteilhafter Weise kann der Anschlussstecker 16 auch zur Verschaltung mehrerer Schaltanordnungen 10 zu einem Schalterfeld ausgenutzt werden, wenn er so ausgebildet ist, dass seitlich aneinandergereihte Schaltanordnungen 10 vermittels dieses Anschlusssteckers 16 auch in elektrischer Hinsicht untereinander verbindbar sind. Die Schalteranordnungen 10 liegen dabei bündig im Rastermass aneinander. Auf diese Weise können vermittels einer standardisierten Schalteranordnung 10 auf einfache Weise nach Kundenwunsch spezifizierte Tastenfelder, auch in relativ kleinen Serien, geschaffen werden. As a front-side limitation of the switch arrangement 10, a splash-proof sealing profile 17 is arranged in front of the operating elements 15 and is constructed in relief. On the one hand, this sealing profile 17 guarantees a splash-proof sealing of the switch arrangement 10, so that it can be used reliably under the harshest operating conditions. At the same time, the relief-like depressions, which can be essentially circular or square, provide an ergonomically favorable display of the optimal printing position for the respective actuation of the operating element 15. Additional pressure plates 18 can be arranged in the depressions - easily replaceable - which advantageously on its outer surface facing the user can also be provided with symbols indicating the switching function (FIG. 3). All of the conductor tracks 19, 19a involved in the switch functions lead to a connector 16, which is preferably arranged in the center of the circuit board 19 and is used to connect the switch arrangement 10 to the respective machine. In a particularly advantageous manner, the connector plug 16 can also be used to connect a plurality of switching arrangements 10 to a switch field if it is designed such that switching arrangements 10 arranged side by side can also be connected to one another in electrical terms by means of this connecting plug 16. The switch arrangements 10 lie flush with one another in the grid dimension. In this way, by means of a standardized switch arrangement 10, specified keypads can be created in a simple manner according to customer requirements, even in relatively small series.

Zur Verbesserung der Kontaktgabe und Verringerung des Übergangswiderstandes sind die Leiterbahnen 19, 19a im Bereich der Kontaktelemente 15g, 15e mäanderförmig verlaufend ausgestaltet und dort vergoldet, so dass sich die Schaltsicherheit erhöht. Besonders vorteilhaft bestehen die Kontaktelemente 15g, 15e aus einem leitfähigen Kunststoff, vorzugsweise einem Elastomer; dadurch lässt sich eine prellende Kontaktgabe bzw. Kontaktlösung bei Betätigung des Bedienelements 15 weitgehend ausschliessen. In order to improve the contact and reduce the contact resistance, the conductor tracks 19, 19a in the area of the contact elements 15g, 15e are designed in a meandering shape and are gold-plated there, so that the switching reliability is increased. The contact elements 15g, 15e particularly advantageously consist of a conductive plastic, preferably an elastomer; this largely prevents a bouncing contact or contact solution when the control element 15 is actuated.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

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B B

3 Blatt Zeichnungen 3 sheets of drawings

Claims

670917 PATENTANSPRÜCHE670917 PATENT CLAIMS

1. Schalteranordnung mit einer Mehrzahl von Bedienelementen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 1. Switch arrangement with a plurality of control elements, characterized by the following features:

a) die Schalteranordnung (10) umfasst rückseitig ein spritzwasserdichtes Gehäuse (12); a) the switch arrangement (10) comprises a splash-proof housing (12) on the rear;

b) in dem Gehäuse (12) ist eine Leiterbahnen (19,19a) tragende Leiterplatte (14) angeordnet; b) a circuit board (14) carrying conductor tracks (19, 19a) is arranged in the housing (12);

c) auf der Leiterplatte (14) sind Zeilen- bzw. spaltenförmig mehrere, die Leiterbahnen (19,19a) verbindende Bedienelemente (15) angeordnet; c) a plurality of control elements (15) connecting the conductor tracks (19, 19a) are arranged in a row or column shape on the printed circuit board (14);

d) als vorderseitige Begrenzung der Schalteranordnung (10) ist vor den Bedienelementen (15) ein spritzwasserdichtes Dichtungsprofil (17) angeordnet. d) as a front boundary of the switch arrangement (10), a splash-proof sealing profile (17) is arranged in front of the operating elements (15).

2. Schalteranordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: 2. Switch arrangement according to claim 1, characterized by the following features:

a) das Bedienelement (15) umfasst ein im wesentlichen topf-förmig ausgebildetes Gehäuse (15 a), das mittels Rastelementen (15b) in Bohrungen der Leiterplatte (14) befestigt ist; a) the control element (15) comprises a substantially pot-shaped housing (15 a) which is fastened in holes in the printed circuit board (14) by means of locking elements (15b);

b) das Bedienelement (15) umfasst weiter einen Stössel (15c), der in einer zentrischen Ausnehmung im Topfboden des Gehäuses (15a) des Bedienelements (15) gleitbar gelagert ist und eine Schulter (20) trägt, mittels der er in Ruhelage an der inneren Topfbodenfläche des Gehäuses (15a) anliegt; b) the control element (15) further comprises a plunger (15c) which is slidably mounted in a central recess in the pot bottom of the housing (15a) of the control element (15) and carries a shoulder (20) by means of which it is in the rest position on the inner pot bottom surface of the housing (15a);

c) der Stössel (15c) des Bedienelements (15) ist von einem Federelement, z. B. Druckfeder (15f) bzw. Tellerfeder (15h), beaufschlagt, das zwischen Leiterplatte (14) und Stössel (15c) angeordnet ist; c) the plunger (15c) of the control element (15) is of a spring element, for. B. compression spring (15f) or plate spring (15h), which is arranged between the circuit board (14) and plunger (15c);

d) der Stössel (15c) trägt einen Kontaktelementträger (15d), der durch ein Rastelement (21) mit dem Stössel (15c) verbunden ist; d) the plunger (15c) carries a contact element carrier (15d) which is connected to the plunger (15c) by a latching element (21);

e) der Kontaktelementträger (15d) und der Stössel (15c) tragen Kontaktelemente (15g, 15e). e) the contact element carrier (15d) and the plunger (15c) carry contact elements (15g, 15e).

3. Schalteranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente (15g, 15e) aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff, vorzugsweise einem Elastomer, bestehen. 3. Switch arrangement according to claim 2, characterized in that the contact elements (15g, 15e) consist of an electrically conductive plastic, preferably an elastomer.

4. Schalteranordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterbahnen (19,19a) zumindest im Bereich der Kontaktelemente (15g, 15e) mäanderförmig verlaufend ausgebildet und dort vergoldet sind. 4. Switch arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the conductor tracks (19, 19a) at least in the region of the contact elements (15g, 15e) are meandering and are gold-plated there.

5. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die bedienungsseitige Oberfläche des Dichtungsprofils (17) relief artig ausgebildet ist und insbesondere kreisförmig bzw. quadratisch geformte Vertiefungen aufweist, wobei die Vertiefungen jeweils oberhalb der Stössel (15c) der Bedienelemente (15) angeordnet sind und die optimale Druckpunktlage zur Betätigung der Stössel (15c) anzeigen. 5. Switch arrangement according to one of claims 1 to 4, characterized in that the operator-side surface of the sealing profile (17) is designed in relief and in particular has circular or square-shaped depressions, the depressions in each case above the plunger (15c) of the control elements ( 15) are arranged and indicate the optimal pressure point position for actuating the plunger (15c).

6. Schalteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Vertiefungen des reliefartig ausgestalteten Dichtungsprofils (17) Symbole tragende Druckplatten (18) angeordnet sind. 6. Switch arrangement according to claim 5, characterized in that symbols-carrying pressure plates (18) are arranged in the depressions of the relief-shaped sealing profile (17).

7. Schalteranordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zusammenwirkenden Leiterbahnen (19,19a) und Kontaktelemente (15g, 15e) Öffner- und/oder Schliesserkontakte bilden. 7. Switch arrangement according to one of claims 2 to 6, characterized in that the interacting conductor tracks (19, 19a) and contact elements (15g, 15e) form normally closed and / or normally open contacts.