Was ist ein Reed-Schalter und wie funktioniert er?

Wenn Sie eine moderne Fabrik besuchen und die erstaunliche Elektronik in einer Montagezelle bei der Arbeit beobachten, werden Sie eine Vielzahl von Sensoren sehen. Die meisten dieser Sensoren verfügen über separate Leitungen für positive Spannungsversorgung, Masse und Signal. Durch Anlegen von Strom kann ein Sensor seine Aufgabe erfüllen, sei es die Beobachtung ferromagnetischer Metalle in der Nähe oder das Aussenden eines Lichtstrahls als Teil des Sicherheitssystems der Einrichtung. Die einfachen mechanischen Schalter, die diese Sensoren auslösen, wie z. B. der Reed-Schalter, benötigen für ihre Funktion nur zwei Drähte. Diese Schalter werden mithilfe von Magnetfeldern aktiviert.

Was ist ein Reed-Schalter?

Der Reed-Schalter wurde 1936 geboren. Er war die Idee von WB Ellwood von den Bell Telephone Laboratories und erhielt 1941 sein Patent. Der Schalter sieht aus wie eine kleine Glaskapsel, aus deren beiden Enden elektrische Leitungen herausragen.

Wie funktioniert ein Reed-Schalter?

Der Schaltmechanismus besteht aus zwei ferromagnetischen Klingen, die nur wenige Mikrometer voneinander entfernt sind. Wenn sich ein Magnet diesen Klingen nähert, ziehen sich die beiden Klingen aufeinander zu. Sobald sie sich berühren, schließen die Messer die normalerweise offenen (NO) Kontakte und ermöglichen so den Stromfluss. Einige Reed-Schalter enthalten auch einen nicht ferromagnetischen Kontakt, der einen Öffnerausgang (NC) bildet. Ein sich nähernder Magnet löst den Kontakt und löst sich vom Schaltkontakt.

Kontakte bestehen aus verschiedenen Metallen, darunter Wolfram und Rhodium. Einige Sorten verwenden sogar Quecksilber, das zum korrekten Schalten in der richtigen Ausrichtung gehalten werden muss. Eine mit Inertgas – üblicherweise Stickstoff – gefüllte Glashülle dichtet die Kontakte bei einem Innendruck von einer Atmosphäre ab. Die Versiegelung isoliert die Kontakte und verhindert so Korrosion und Funkenbildung, die durch Kontaktbewegungen entstehen könnten.

Reed-Schalter-Anwendungen in der realen Welt

Sie finden Sensoren in Alltagsgegenständen wie Autos und Waschmaschinen, aber einer der bekanntesten Orte, an denen diese Schalter/Sensoren funktionieren, sind Einbruchmeldeanlagen. Tatsächlich sind Alarme eine nahezu perfekte Anwendung für diese Technologie. Ein bewegliches Fenster oder eine bewegliche Tür beherbergt einen Magneten, und der Sensor befindet sich auf der Basis und leitet ein Signal weiter, bis der Magnet entfernt wird. Bei geöffnetem Fenster – oder wenn jemand das Kabel durchtrennt – ertönt ein Alarm.

Während sich Einbruchmelder hervorragend für Reed-Schalter eignen, können diese Geräte sogar noch kleiner sein. Ein miniaturisierter Schalter passt in verschluckte 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, was bedeutet, dass die Bordbatterien noch kleiner sein können, ein entscheidendes Merkmal bei etwas, das für die Reise durch den Verdauungstrakt eines Menschen konzipiert ist. Neben ihrer geringen Größe zeigt diese Anwendung auch, wie empfindlich sie sein können, da diese Sensoren ein Magnetfeld durch menschliches Fleisch erfassen können.

Reed-Schalter benötigen keinen Permanentmagneten, um sie zu betätigen. Ein elektromagnetisches Relais kann sie einschalten. Da diese Schalter ursprünglich von Bell Labs entwickelt wurden, ist es nicht verwunderlich, dass die Telefonindustrie Reed-Relais für Steuerungs- und Speicherfunktionen verwendete, bis in den 1990er Jahren alles digital wurde. Diese Art von Relais bildet nicht mehr das Rückgrat unseres Kommunikationssystems, ist aber auch heute noch in vielen anderen Anwendungen üblich.

Vorteile von Reed-Relais

Der Hall-Effekt-Sensor ist ein Halbleitergerät, das Magnetfelder erkennen kann und eine Alternative zum Reed-Schalter darstellt. Hall-Effekte eignen sich sicherlich für einige Anwendungen, aber Reed-Schalter verfügen über eine bessere elektrische Isolierung als ihre Halbleiter-Gegenstücke und haben aufgrund der geschlossenen Kontakte einen geringeren elektrischen Widerstand. Darüber hinaus können Reed-Schalter mit einer Vielzahl von Spannungen, Lasten und Frequenzen arbeiten, da der Schalter einfach als verbundener oder getrennter Draht fungiert. Alternativ benötigen Sie unterstützende Schaltkreise, damit Hall-Sensoren ihre Aufgabe erfüllen können.

Reed-Schalter weisen für einen mechanischen Schalter eine unglaublich hohe Zuverlässigkeit auf und können Milliarden von Zyklen lang funktionieren, bevor sie ausfallen. Darüber hinaus können sie aufgrund ihrer abgedichteten Konstruktion in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt werden, in denen ein Funke möglicherweise katastrophale Folgen haben könnte. Reed-Schalter sind zwar eine ältere Technologie, aber sie sind noch lange nicht veraltet. Mit automatisierten Pick-and-Place-Maschinen können Sie Pakete mit Reed-Schaltern auf Leiterplatten (PCBs) anbringen.

Ihr nächster Bau erfordert möglicherweise eine Vielzahl integrierter Schaltkreise und Komponenten, die alle in den letzten Jahren auf den Markt kamen, aber vergessen Sie nicht den bescheidenen Reed-Schalter. Es erledigt seine grundlegende Schaltaufgabe auf brillant einfache Weise. Nach über 80 Jahren Einsatz und Entwicklung können Sie sich darauf verlassen, dass das bewährte Design des Reed-Schalters dauerhaft funktioniert.