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Bausatz zum Aufbau elektrischer Schaltungen Die Erfindung bezieht
sich auS einen Bausatz zum Aufbau elektrischer Schaltungen, insbesondere für Lehrzwecke,
mit aneinander anlegbaren, miteinander verbindbaren, elektrische Schalt- und/oder
Bauelemente enthaltenden Bausteinen derartige Bausätze sind in verschiedenen Ausführungen
als Bau- oder Experimentierkästen bekannt. Die Bausteine werden bei den bekannten
Ausführungsformen zum Aufbau einer Schaltung meist auf einer Grundplatte oder einem
Chassis Sestgelegt, wozu eigene Befestigungsmittel nötig sind, und mittels anzuklemmender
Schaltdrähte elektrisch miteinander und mit dem Chassis verbunden. Bei einer bekannten
Ausführungform eines solchen 3aukastens haften die Bausteine durch Magnetkraft aneinander
und stellen dabei gleichzeitig über Kontaktflächen die elektrische Verbindung her.
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Die bekannten Ausführungsformen solcher Baukästen bzw. Bausätze weisen
gewisse Nachteile auf. So ist bei der erstgenannten Art, durch die durcheinanderlaufenden
Schaltdrähte, die für das Verständnis der Zusammenhänge für den Experimentierenden
wichtige Übersichtlichkeit beeinträchtigt. In den Grundplatten oder Chassis sind
meist schaltungstechnische Vorleistungen enthalten, die der Beobaehtung des Exporimentierenden
entzogen sind. Ein aus durch- Magnctkraft aneinander haftenden Bausteinen aufgebautes
Schaltungsmodell ist durch Wegfall einer besonderen Verdrahtung zwar übersichtlicher
als bei der vorgenannten Ausführungsform, jedoch in Bezug auf die Kontakte nicht
immer zuverlässig. Die Verunreinigung
einer Kontaktfläche durch
Handberührung beim 3au eines Modells kann bereits zu Kontaktstörungen führen. beim
Bewegen . oder Herumtragen eines fertigen Schaltungsmodells werden durch die elastische
Verformung leicht Kontakte unterbrochen.
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Zweck der Erfindung ist es, die geschilderten Nachteile der bekannten
Baukästen zu vermeiden und einen Bausatz zu schaffen, dessen Bausteine sich mit
einfachen Mitteln zuverlässig und haltbar auch zu einem größeren Verband vereinigen
lassen.
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Erreicht wird der Zweck dadurch, daß die Bausteine in ihren Randbereichen
Stecklöcher aufweisen, deren Achsen parallel zueinander und zu den zur Anlage kommenden
Randflächen der Bausteine stehen, und daß zur Vereinigung von Bausteinen Verbindungsstückevoresehen
sind, die in korrespondierende Stecklöcher jeweils benachbarte Bausteine eingreifen.
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In der Ebene, in die diese Verbindungsstücke senkrecht eingesetzt
werden, ergibt sich auf diese Weise eine formschlüssige, außerodentlich haltbare
Verbindung der Bausteine.
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Bin mit diesen Mitteln aufgebautes umfangreiches Schaltungsmodell
kann ohne besondere Unterlage freizügig bewegt und herumgetragen werden. Es kann
auch, beispielsweise zu Demonstrationszwecken, in eine Schraglage gebracht oder
an eine Wand gehängt werden ohne auseinanderzufallen.
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Eine ausreichende kraftsachlüssige Verbindung in Einsetzrichtung der
Verbindungsstücke kann auf einfache Weise erzielt werden durch Anpassung der Steckpartien
der Verbindungsstücke an den Querschnitt der Steeklocher und federnde Ausbildung
der Steckpartie/n, beispielsweise durch Längsschlitze.
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Wenn die Stecklocher ausreichend tief sind und über ihre ganze Tiefe
einen möglichst gleichmäßigen Querschnitt haben sind bei entsprechender Gestaltung
der Verbindungsstücke alle Voraussetzungen
für eine zuverlässige
kraftschlüssige Verbindung gegeben.
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Die Bausteine können, um elektrische Verbindungen untereinander zu
ermöglichen, im Bereich der Stecklöcher mit Sontaktelementen versehen sein, die
so angeordnet und beschaffen sein können, daß sie mit den Verbindungsstücken zusammenwirken,
sobald diese in die Löcher eingesetzt werden. Das erwünschte Zusammenwirken der
Verbindungsstücke und Kontaktelemente kann auf einfache Weise herbeigeführt werden,
indem die Kontaktelemente in den Stecklöchern angeordnet werden. Die elektrischen
Verbindungen zwischen den Bausteinen können nun ebenfalls durch die beschriebenen
Verbindungsstücke hergestellt werden. Voraussetzung dazu ist ihre elektrische Leitfähigkeit,
die z.B. gegeben ist, wenn sie aus Metall bestehen.
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Neben der erwünschten elektrischen Beitfähigkeit ist in diesem Fall
auch Gewähr gegeben für eine ausreichende mechanische Festigkeit der Verbindungsstücke,
die vorteilhaft z.3. als U-förmige Bügel aus Rundmaterial gestaltet sein können.
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Eine zuverlässige mechanische und elektrische Verbindung der Bausteine
ist damit durch einund dasselbe einfache llilfsmittel möglich. Zusätzliche mechanische
Befestigungsmittel sind überflüssig; unübersichtliche leitungsverbindungen sowie
unsichere Andruckkontakte werden vermieden.
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Selbstverständlich können die Verbindungsstücke auch aus Sunststoff
bestehen. Die elektrische Leitfähigkeit kann in diesem Fall erreicht werden durch
einen metallischen Ueberzug oder metallische Einbettungen,'die an geeigneten Kontaktstellen
aus dem Kunststoff heraustreten. Für eine rein mechanische Verbindung der Bausteine
können Verbindungsstücke aus Kunststoff ohne jeden metallischen Zusatz vorgesehen
werden.
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Man kann die Kontaktelemente durch in die Löcher eingesetzte Hohlniet
darstellen. Der Kontakt ist in diesem Fall besonders gut, weil durch die Reibung
beim Einsetzen der Verbindungsstücke Verunreinigungen der Kontaktflächen in ausreichendem
Maße beseitigt werden. Die Hohlniete können zweckmäßig so bemessen sein, daß auch
handelsübliche Bananenstecker als Kontaktpartner geeignet sind. Der besondere Vorteil
einer solchen Bemessung liegt'darin, daß an freie Steckpunkte eines Schaltungsmodells
Meßgeräteoder eine Stromversorgung mittels normaler Steckerschnüre angeschlossen
werden können.
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Die erfindungsgemäßen Bausteine können aus fertigungstechnischen Gründen
als nach unten offene Hohlkörper ausgeführt sein und im Interesse vielseitiger Kombinierbarkeit
eine einheitliche Form haben.
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Für das Aneinanderlegen zu Schaltungsmodellen können sie in ihrer
Grundfläche z.B. quadratisch geformt sein. Durch schräges oder bogenförmiges Abschneiden
der vier Ecken läßt sich die quadratische Grunclgorm in vorteilhafter Weise so verandern,
daß sicham Stoßpunkt von vier zu einem größeren Quadrat zusammengelegten Bausteinen
eine Öffnung bildet. Diese Öffnung kann, bei geeigneter Schnittführung groß genug
sein, um einen Baustein, den man auswechseln will, mit den Bingerspitzen fassen
undan beliebiger Stelle aus dem Verband der Bausteine lösenzu können.
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Die Porm der Bausteine kann also von zwei Paar ebenen, parallelen
seitlichen Begrenzungsflächen bestimmt sein, die senkrecht zu ihrer Grundfläche
und rechtwinklig zueinander stehen und beim Aneinanderlegen der Bausteine die Anlageflächen
darstellen. Diese Anlageflächen eines Bausteins brauchen jedoch nicht direkt aneinander
zu stoßen, sondern können durch schräg zu ihnen verlaufende Begrenzungsflächen miteinander
verbunden sein.
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Die schräg verlaufenden Flächen, die beim Zusammenlegen der Bausteine
Fingeröffnungen bilden und das Greifen der Bausteine
ermöglichen,können
zur Verbesserung der Grt7figkeit aufgerauht oder mit einer erhabenen Riffelung oder
einem Raster versehen sein.
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Um ein Bauelement oder eine Baugruppe von größerer Ausdehnung unterzubringen,
können Grundbausteine der beschriebenen Art zu einem ausreichend großen Baustein
zusammengeklebt werden, an den sich weitere Grundbausteine mit den beschnebenen
Verbindungsstücken ohne Einschränkung ansetzen lassen.
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Die Stecklöcher für die Verbindung der Bausteine können den Anlageflächen
eines jeden Bausteins so zugeordnet sein, daß sie sich beim Aneinanderlegen der
Bausteine gegenüberliegen, wobei die Projektion der .einanderstoßenden Anlageflächen
die Symmetrieachse ist.
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Für einen besonderen Zweck, der weiter unten näher erläutert ist,
können die Bausteine auch in ihrem mittleren Bereich mit zumindest einem Steckloch
versehen sein, das mit einem Kore taktelement, beispielsweise einem Hohlniet9 versehen
ist.
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Die den Bausteinen zugeordneten elektrischen Bau- und/oder Schaltelemente
können freiliegend auf der im wesentlichen ebenen, oberen Flache der Bausteine angeordnet
sein. Damit ist ein weiterer Nachteil der bekannten Baukästen vermieden, bei denen
die den Bausteinen zugeordneten Bauelemente einer direkten Beobachtung entzogen
sind.
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Auch die in einigen Fällen auf der Sichtfläche der Bausteine angebrachten
symbolischen Darstellungen der in ihnen enthaltenen elektrischen Bauelemente oder
Baugruppen vermitteln dem Experimentierenden nämlich keinen Eindruck vom tatsächlichen
Erscheinungsbild der Bauelemente und ihrer elektrischen Verbindungen. Durch die
freiliegende Anordnung der Bauelemente erhält der Experimentierende eine Vorstellung
von ihrem Aus sehen und ihrer Größe und hat eine gute Uebersicht über alle internen
Schaltverbindungen auf den einelnen Bausteinen.
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Es besteht selbstverständlich auch die Möglichkeit, bestimmte Bauelemente
im nach unten offenen Hohlraum der Bausteine anzuordnen.
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Dies kann besonders dann empfehlenswert ein, wenn durch das äußere
Erscheinungsbild kaum Rückschlüsse auf die Funktion möglich sind, z.B. bei integrierten
Baugruppen. In einem solchen Fall ist das Schaltschema auf der Baustein-Oberseite
von größerem Mutzen.
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Die Bauelemente können mit ihren Anschlüssen direkt an den als Kontaktelement
dienenden Hohlnieten befestigt und angeschlossen sein.
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Wenn die Stecklöcher in den Bausteinen als durchgehende Lochungen
ausgebildet sind, ist es möglich, die Hohlniete einzunieten, Der Vorteil einer solchen
Ausbildung ist, daß die Anschlüsse der Bauelemente mit Hilfe der Hohlniete festgenietet
werden können.
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Für Bauelemente mit größerer Masse kann eine besondere Halterung auf
den Bausteinen zweckmäßig sein. Ein als Halterung dienender Träger kann dabei seinerseits
ebenfalls mit Hilfe eines oder mehrerer der in den Stecklöchern befindlichen Hohlniete
auf dem Baustein befestigt werden.
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Die elektrischen Schaltelemente, die hier als elektrische Verbindungen
einzelner Kontüittelemente eines Bausteins untereinanode verstanden sein sollen,
können in blankem oder isoliertem Schaltdraht ausgeführt sein. Wie die Anschlußdrähte
der Bauelemente können auch sie direkt mit Hilfe der Hohlniete festgenietet werden.
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Um die Schaltelemente weniger empfindlich gegen mechanische Beschädigungen
za machen, kann man sie auch als Metallbänder ausführen. Solche Bänder in den erforderlichen
Längen können an den Enden und bedarfeweise auch in der Mitte mit ringBorO migen
Erweiterungen versehen sein, an denen sie von den Hohlnieten gehalten werden.
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Durch Versenken der Schaltelemente in die im wesentlichen ebene, obere
Fläche der Bausteine kann man sie zusätzlich vor Beschädigung schützen. Man kann
die Bausteine dazu mit kanalartigen Vertiefungen versehen, die in ihrer Breite den
Schaltelementen entsprechen, und alle Lochungen miteinander verbinden. Um die Lochungen
herum können die Vertiefungen kreisförmig erweitert sein. So ermöglichen sie ein
Versenken der Nietköpfe und können die ringförmigen Erweiterungen der als Metallband
ausgeführten Schaltelemente aufnehmen. erden Drähte als Schaltelemente verwendet,
so sorgen die Seitenwände der kreisförmigen Senkungen bis zur Nietung für die konzentrische
lage der unter die Niet-köpfe gelegten Drahtösen.
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Im Rahmen eines Schaltungsmodells werden an die einzelnen Bausteine
vielfältige Schaleufgaben gestellt, denen sie dadurch gerecht werden können, daß
die Kontaktelemente der einzelnen Bausteine miteinander auf verschiedene Art durch
elektrische Bau- und/oder Schaltelemente verbunden sind. Für Bausteine, auf denen
nur Schaltelemente angebracht werden sollen erscheinen die folgenden Schaltmöglichkeiten
besonders zweckmäßig.
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Die Schaltelemente können so auf einem Baustein angebracht sein, daß
alle seine Kontaktelemente miteinander in Verbindung stehen.
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Die Schaltelemente können auch so angebracht sein, daß sie die einander
gegenüberliegenden Kontaktelemente eines Bausteins paarweise miteinander verbinden.
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Schließlich können sie auch benachbarte Kontakt elemente eines Bausteins
paarweise miteinander verbinden.
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Schalt- und Bauelemente können auch gemeinsam auf einem Baustein angeordnet
sein. Eine Anordnung, bei der benachbarte Kontiktelemente paarweise durch Schaltelemente,
und gleichzeitig zwei einander gegenüberliegende Kontakt elemente durch
ein
zweipoliges Bauelement, beispielsweise einen Widerstand oder Kondensator, miteinander
verbunden sind, bietet einen besonderen Vorteil. Durch die Verbindung benachbarter
Hohlniete zu Paaren werden die Anschlußstellen des Bauelements verdoppelt. Dadurch
können unter Umständen beim Aufbau eines Schaltungsmodells mehrere nur mit Schaltelementen
bestückte Bausteine eingespart werden.
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Bei bestimmten Schaltungsmodellen kann eine Erdung oder ein an verschiedenen
Stellen der Schaltung wiederholbarer Masseanschluß erwünscht sein. Für solche Fälle
bietet eine Aufbauplatte gewisse Vorteile. Für den erfindungsgemäßen Bausatz kann
deshalb auch eine Aufbauplatte zweckmäßig sein, auf die die Bausteine aufgelegt
werden können.
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Die für das Festnieten der Hohlniete zweckmäßige Gestaltung der Stecklöcher
der Bausteine als Durchgangslöcher bietet auch die vorteilhafte Möglichkeit, die
Bausteine mit Steckstiften auf der Aufbauplatte festzulegen. Das mittlere Steckloch
der Bausteine, in das ein - - Verbindungsstück nicht eingesetzt wird, kann für diesen
Zweck verwendet werden.
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Die Aufbauplatte kann-;im wesentlichen, wie die Bausteine, aus Isolierstoff
bestehen. Im Unterschied zu bekannten Ausführungsformen solcher Aufbauplatten oder
Chassis', die teilweise eine nicht sichtbare Innenverdrahtung enthalten, kann in
die erfindungsgemäße Aufbauplatte eine Metallplatte von unten eingelegt sein. Für
die Zuordnung der Bausteine ist es vorteilhaft, die Aufbauplatte'mit einem Lochraster
in Bausteinabstand zu versehen.
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Um eine elektrische Verbindung zwischen Bausteinen und Aufbauplatte
zu ermöglichen, können auch in die Löcher der Aufbauplatte Hohlniete eingezogen
sein. Wenn diese Hohlniete gleichzeitig dazu herangezogen werden, die in die Aufbauplatte
eingelegte Metallplatte festzunieten, sind alle Hohlniete der
Aufbauplatte
durch die als elektrischer Leiter wirkende Metallplatte miteinander verbunden.
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Durch Anpassung der Steckstifte an den Querschnitt der Stecklöcher
in Bausteinen und Aufbauplatte und federnde Ausbildung der Steckenden, beispielsweise
durch Längsschlitze, läßt sich eine ausreichend feste mechanische Verbindung zwischen
Bausteinen und Aufbauplatte erzielen. Die elektrische Verbindung zwischen Bausteinen
und Aufbauplatte kann auf einfache Weise ebenfalls durch die genannten Steckstifte
hergestellt werden.
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Voraussetzung dafür ist ihre elektrische Leitfähigkeit, die z.B. gegeben
ist, wenn sie aus Metall bestehen.
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Die Steckstifte können gleichzeitig mit je einem Kontaktelement eines
Bausteins und der Aufbauplatte elektrischleitend zusammenwirken.
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Bausteine die frei vom Potential der Aufbauplatte bleiben sollen,
können ohne Steckstifte aufgelegt werden. Sie sind mechanisch ausreichend gehalten
durch die ---- Verbindungsstücke,>mit denen sie in- die Schaltung einbezogen
und mit den benachbarten Bausteinen verbunden sind.
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Im folgenden sei die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten
Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen: Figur 1 einen Ausschnitt aus einem aus Bausteinen zusammengesetzten
Schaltungsmodell in perspektivischer Darstellung.
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Figur 2 einen einzelnen Baustein, auf der Aufbau platte liegend,
in einer Seitenansicht im Schnitt.
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Figur 3 einen einzelnen Baustein in perspektiviacher Darstellung.
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Die aneinanderstoßenden Flächen benachbarter Bausteine 1 sind in Figur
1 durch bügelartige Verbindungsstücke 2 überbrückt, die die mechanische und elektrischc
Verbindung zwischen den Bausteinen 1 herstellen. Die Bausteine 1 sind dazu mit Stecklöchern
3 versehen, in die Hohlniete 4 als Kontaktelemente eingezogen sind. Die Hohlniete
4 sind so bemessen, daß auch normale Bananenstecker 7 als Kontaktpartner geeignet
sind.
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Elektrische Bauelemente 8 und Schaltelemente 9 sind an diese Hohlniete
4 angeschlossen und werden von ihnen auch mechanisch gehalten. Zur Befestigung von
Trägern 10 für größere Bauelemente 11 auf den Bausteinen 1 werden die Kontakt-Hohlniete
4 ebenfalls herangezogen.-Für die Anordnung der Schaltelemente 9 auf den Bausteinen
1 gibt es verschiedene Muster. Die Kontakt-Hohlniete 4 können einfach oder paarweise
nebeneinader 12, und einfach oder paarweise diagonal 13 verbunden werden, schließlich
können auch alle fünf Hohlniete 4 miteinander durch Schaltelemente 9 verbunden sein
14. Die paarweise Verbindung von nebeneinanderliegenden Hohlnieten 12 durch Schaltelemente
9 ergibt, wenn gleichzeitig ein Bauelement 8 auf dem Baustein 1 angeordnet ist,
eine vorteilhafte Verdoppelung der Anschlußpunkte dieses Bauelements 8.
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In Figur 1 ist ferner zu erkennen, wie die Bausteine 1 beim Aneinanderlegen
durch ihre besondere Außenform Fingeröffnungen 5 bilden. Die die Öffnungen bildenen
Flächen 6 können zur Verbesserung der Griffigkeit aufgerauht sein.
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Die Verbindung der Bausteine 1 untereinander und die Verbindung eines
der Bausteine 1 mit der Aufbauplatte 15 ist in Figur 2 dargestellt. Bügelartiges
Verbindungsstück 2 und Steckerstift 16 gleichen sich in der Ausbildung der Steckpartie:
Die geschlitden Enden 17 von Steckerstift 16 und Verbindungsstück 2 sorgen durch
Federung für ausreichende Kontaktkraft.
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Der Steckerstift 16 verbindet die Mittelbohrung 18 eines Bausteins
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mit einer Rasterbohrung 19 der Aufbauplatte 15-.
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In die Aufbauplatte 15 ist von unten eine Metallplatte 20 eingelegt,
die von den Hohlnieten 4 in den Rasterlöchern 19 gehalten wird.
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Eine besondere Ausführung eines Bausteins in nicht montiertem Zustand
zeigt Figur 3. Die im wesentlichen ebene, obere Fläche 21 des Bausteins weist hier
kanalartige Vertiefungen 22 auf, in die Metallbänder 23 als Schaltelemente eingelegt
werden können. Die Kanäle 22 gehen im Bereich der Lochungen 3 in kreisförmige Vertiefungen
25 über und entsprechen damit den ringförmigen Erweiterungen 2 wden Enden der Metallbänder
23, von den9iie Hohlniete 4 aufgenommen werden.
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42 Patentansprüche 3 Figuren