Was ist ein Reedschalter und wie funktioniert er?

Wer eine moderne Fabrik besucht und die beeindruckende Elektronik in einer Montagezelle beobachtet, wird eine Vielzahl von Sensoren entdecken. Die meisten dieser Sensoren verfügen über separate Leitungen für positive Spannungsversorgung, Masse und Signal. Durch die Zufuhr von Strom kann ein Sensor seine Aufgabe erfüllen, sei es die Überwachung ferromagnetischer Metalle in der Nähe oder das Aussenden eines Lichtstrahls als Teil des Sicherheitssystems der Anlage. Die einfachen mechanischen Schalter, die diese Sensoren auslösen, wie beispielsweise Reedschalter, benötigen lediglich zwei Leitungen, um ihre Funktion zu erfüllen. Diese Schalter werden durch Magnetfelder aktiviert.

Was ist ein Reedschalter?

Der Reedschalter wurde 1936 erfunden. Er war die Idee von WB Ellwood bei Bell Telephone Laboratories und wurde 1941 patentiert. Der Schalter sieht aus wie eine kleine Glaskapsel, aus deren beiden Enden elektrische Leitungen herausragen.

Wie funktioniert ein Reedschalter?

Der Schaltmechanismus besteht aus zwei ferromagnetischen Lamellen, die nur wenige Mikrometer voneinander entfernt sind. Nähert sich ein Magnet diesen Lamellen, ziehen sich die beiden Lamellen an. Bei Berührung schließen die Lamellen die Schließerkontakte (NO) und ermöglichen so den Stromfluss. Einige Reedschalter enthalten auch einen nicht-ferromagnetischen Kontakt, der einen Öffnerausgang (NC) bildet. Ein sich nähernder Magnet trennt den Kontakt und zieht sich vom Schaltkontakt weg.

Kontakte werden aus verschiedenen Metallen hergestellt, darunter Wolfram und Rhodium. Einige Varianten verwenden sogar Quecksilber, das für ein korrektes Schalten in der richtigen Ausrichtung gehalten werden muss. Eine mit Inertgas – üblicherweise Stickstoff – gefüllte Glashülle versiegelt die Kontakte bei einem Innendruck von unter einer Atmosphäre. Die Versiegelung isoliert die Kontakte und verhindert so Korrosion und Funkenbildung, die durch Kontaktbewegungen entstehen können.

Reedschalter-Anwendungen in der realen Welt

Sensoren finden sich in Alltagsgegenständen wie Autos und Waschmaschinen, doch besonders häufig kommen diese Schalter/Sensoren in Einbruchmeldeanlagen zum Einsatz. Alarmanlagen sind ein nahezu perfektes Anwendungsgebiet für diese Technologie. Ein bewegliches Fenster oder eine Tür beherbergt einen Magneten, und der Sensor befindet sich an der Basis und sendet ein Signal, bis der Magnet entfernt wird. Bei geöffnetem Fenster – oder wenn jemand das Kabel durchschneidet – ertönt ein Alarm.

Einbruchalarme eignen sich hervorragend für Reedschalter, doch diese Geräte können noch kleiner sein. Ein miniaturisierter Schalter passt in medizinische Geräte, sogenannte PillCams. Sobald der Patient die winzige Sonde verschluckt, kann der Arzt sie mithilfe eines Magneten außerhalb des Körpers aktivieren. Diese Verzögerung spart Energie, bis die Sonde richtig platziert ist. Dadurch können die eingebauten Batterien noch kleiner ausfallen – ein wichtiges Merkmal bei Geräten, die durch den menschlichen Verdauungstrakt wandern. Neben der geringen Größe zeigt diese Anwendung auch, wie empfindlich sie sein können, da diese Sensoren ein Magnetfeld durch menschliches Fleisch hindurch wahrnehmen können.

Reedschalter benötigen keinen Permanentmagneten zur Betätigung; sie werden durch ein elektromagnetisches Relais eingeschaltet. Da diese Schalter ursprünglich von Bell Labs entwickelt wurden, ist es nicht verwunderlich, dass die Telefonindustrie Reed-Relais für Steuerungs- und Speicherfunktionen nutzte, bis in den 1990er Jahren alles digitalisiert wurde. Dieser Relaistyp bildet zwar nicht mehr das Rückgrat unserer Kommunikationssysteme, ist aber in vielen anderen Anwendungen noch heute weit verbreitet.

Vorteile von Reed-Relais

Der Hall-Effekt-Sensor ist ein Halbleiterbauelement, das Magnetfelder erfassen kann und eine Alternative zum Reed-Schalter darstellt. Hall-Effekte eignen sich zwar für einige Anwendungen, Reed-Schalter bieten jedoch eine bessere elektrische Isolierung als ihre Halbleiter-Pendants und weisen aufgrund geschlossener Kontakte einen geringeren elektrischen Widerstand auf. Darüber hinaus können Reed-Schalter mit unterschiedlichen Spannungen, Lasten und Frequenzen arbeiten, da der Schalter lediglich als angeschlossener oder getrennter Draht fungiert. Alternativ benötigen Sie unterstützende Schaltkreise, damit Hall-Sensoren ihre Aufgabe erfüllen können.

Reedschalter zeichnen sich für mechanische Schalter durch eine unglaublich hohe Zuverlässigkeit aus und funktionieren Milliarden von Zyklen, bevor sie ausfallen. Dank ihrer versiegelten Konstruktion können sie zudem in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt werden, in denen ein Funke potenziell verheerende Folgen haben könnte. Reedschalter mögen zwar eine ältere Technologie sein, sind aber noch lange nicht überholt. Sie können Pakete mit Reedschaltern mithilfe automatisierter Bestückungsmaschinen auf Leiterplatten (PCBs) aufbringen.

Ihr nächster Bausatz erfordert möglicherweise eine Vielzahl integrierter Schaltkreise und Komponenten, die alle in den letzten Jahren auf den Markt gekommen sind. Vergessen Sie jedoch nicht den einfachen Reedschalter. Er erledigt seine grundlegende Schaltaufgabe auf genial einfache Weise. Nach über 80 Jahren Einsatz und Entwicklung können Sie sich auf das bewährte Design des Reedschalters verlassen und dessen zuverlässige Funktionsfähigkeit garantieren.