Reedschalter

Ein Reedschalter besteht aus zwei sehr kleinen ferromagnetischen Paddeln oder „Reeds“, die an beiden Enden eines winzigen Glasröhrchens eingesetzt sind. Das Glasröhrchen wird während der Herstellung hermetisch dicht verschlossen. Die Schalter weisen unterschiedliche Längen von 0,03 bis 5 cm auf.

 

Die in einem magnetischen Feld platzierten ferromagnetischen Paddel sind so induziert, dass sie sich aufeinander zubewegen, bis die Kontakte an beiden „freien“ Enden im mittleren Teil des Röhrchens schließen. So wird ein vorher unterbrochener Schaltkreis geschlossen und eine Umschaltfunktion ermöglicht. Sobald das magnetische Feld entfernt wird, trennen sich die festen Paddel wieder, sodass der Schaltkreis erneut unterbrochen ist.

 

Es gibt zwei Hauptarten von Reedschaltern: eine Schalterart mit zwei ferromagnetischen Paddeln, die in Abwesenheit eines magnetischen Feldes, so wie oben beschrieben, normal offen („NO“) sind, und eine mit drei Paddeln. Bei Letzterer wird ein einzelnes Paddel an einem Ende und zwei Paddel am anderen Ende in das Röhrchen eingegeben. Dadurch entstehen in der Mitte zwei Kontaktflächen. In Abwesenheit eines magnetischen Feldes berührt das einzelne Paddel den „normal geschlossenen“ Kontakt, wechselt jedoch die Position zum „normal offenen“ Kontakt, sobald das Feld vorhanden ist. Umgekehrtes geschieht, wenn das Feld entfernt wird.

 

Eine mikroskopische Edelmetallschicht wird auf die Reedkontakte aufgetragen, um einen optimalen elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Das hierfür bevorzugte Metall ist Silber mit niedrigem Widerstand. Bei einigen Reedschaltern wird jedoch Quecksilber verwendet. Da die Kontakte mit dem Quecksilber „angefeuchtet“ werden, müssen die Schalter bei der Montage in bestimmte Richtungen gehalten werden, um zu verhindern, dass das flüssige Metall tropft und die Kontakte im Ruhezustand überbrückt werden.

               

Geschichte
 

Die Idee für den Reedschalter hatte erstmals Professor V. Kovalenkov in Russland im Jahr 1922 während seiner Tätigkeit an der Elektrotechnischen Universität im damaligen Leningrad, wo er Vorlesungen über magnetische Felder hielt. 1936 begann das US-Unternehmen Bell Telephone Laboratories damit, Reedschalter zu untersuchen und zu testen. Vier Jahre später im Jahr 1940 gingen Reedschalter dort dann in Produktion.

 

In den 1950er Jahren wurden Reedschalter in der Konstruktion von quasielektronischen Vermittlungen mit Sprachkanal (heutzutage einfach Telefonvermittlungen genannt) eingesetzt. 1963 baute Bell dann die weltweit erste übergemeindliche quasielektronische Telefonvermittlung. Ein Sprachkanal solcher Größe benötigte nicht weniger als 690.000 Reedschalter. 1977 waren alleine in den USA 1.000 solcher Telefonvermittlungen im Einsatz. Bis zu dem Jahr war die Nachfrage nach Reedschaltern stetig angestiegen. Alleine die Hamlin Company stellte 25 Millionen davon her.

 

Auch heute werden sie in vielen verschiedenen Kommunikationsgeräten sowie als Näherungssensoren an Tür- und Fensteralarmanlagen weiterhin verwendet, um nur zwei der vielen verschiedenen Anwendungsbereiche aufzuzählen.

 

Technische Aspekte
 

Da die internationale Nachfrage nach Reedschaltern so groß ist, müssen sie serienmäßig hergestellt werden. Sie erfordern jedoch hoch entwickelte Mikrotechnologie, damit sie präzise und zuverlässig sind. Es ist eine extrem saubere Umgebung erforderlich, die sogar frei von mikroskopischen Schmutzpartikeln ist. Andernfalls würden sich Kontaminationsstoffe in den hermetisch dicht verschlossenen Glasröhrchen festsetzen und die Funktionsweise des Schalters beeinträchtigen.

 

Die Kontakte der ferromagnetischen Reeds bestehen aus einer Nickel-Eisen-Legierung mit einem Nickelanteil von 52 %. Auf die Kontakte wird eine mikroskopisch dünne Schicht aus Iridium, Rhodium oder Ruthenium aufgetragen. Die Unterschicht besteht aus Wolfram, Kupfer oder Gold.

 

Das Glasröhrchen, dessen Temperaturausdehnungskoeffizient dem der Nickel-Eisen-Legierung entspricht, ist um die Reeds herum an jedem Ende durch Erhitzung mit Infrarotstrahlung in Form von Lasern bis zum Schließen der Öffnung dicht versiegelt. Während des Abdichtungsvorgangs wird der Glashohlraum mit einem Inertgas wie Stickstoff gefüllt.

 

Der Punkt, an dem die Kontakte in einem Reedschalter schließen, wird „Pull In“ bzw. PI (Schließpunkt) genannt, wohingegen der Punkt, an dem sie sich öffnen, als „Drop Out“ bzw. DO (Ausschaltpunkt) bekannt ist. Die Empfindlichkeit des Schalters bezieht sich auf die Stärke des Magnetfeldes, die zur PI-Induktion erforderlich ist. Die meisten Reedschalter weisen PI-Empfindlichkeiten zwischen 10 und 60 Ampere-Windungen (AW) auf. (Die Berechnung erfolgt im Grunde durch Multiplikation des Stroms in der Spule mit der Anzahl der Windungen.) Kleinere Schalter sind in der Regel deutlich empfindlicher gegenüber magnetischen Feldern als größere Schalter.

 

Einsatzgebiete von Mikroschaltern in der Produktion
 

Reedschalter werden nach wie vor häufig zur Regelung von Stromkreisen in der Kommunikationsbranche eingesetzt, sind jedoch auch bei normalerweise an Fenstern oder Türen angebrachten Alarmanlagen als Näherungssensoren weit verbreitet.

 

Des Weiteren dienen sie zur Aktivierung des Ruhezustands an Laptops, wenn der Deckel geschlossen wird, und finden in Computertastaturen Einsatz: Jede Kontaktstelle verfügt über einen integrierten Magnet, der den Schalter aktiviert, sobald eine Taste gedrückt wird. Inzwischen ist letzterer Einsatz jedoch größtenteils weniger kostspieligen Alternativen gewichen.

 

In Autos und Fahrrädern aktivieren an den Reifen befestigte Magnete jedes Mal, wenn sie den Schaltersensor passieren, Reedschalter, sodass sie als präzise Geschwindigkeitssensoren fungieren können.

 

Auch in Hochdruckwasserumgebungen eingesetzte Geräte wie Tauchkameras und Taschenlampen sind üblicherweise mit Reedschaltern ausgestattet, damit eine wasserfeste Dichtung gegeben ist.

Unterschiede zwischen Reedschaltern und anderen Schaltern
 

Im Unterschied zu anderen elektrischen Schaltern sind Reedschalter speziell so konzipiert, dass sie empfindlich auf die An- und Abwesenheit von magnetischen Feldern reagieren. Aufgrund dieser Eigenschaft werden diese Schalter bei einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt.