Ratgeber
Magnetschalter
Ein Magnetschalter ist ein elektrischer Schalter, der bei Vorhandensein eines Magnetfeldes Kontakte schließt, öffnet oder wechselt. Die wichtigsten Beispiele für Magnetschalter sind der Reed-Schalter sowie der Hall-Schalter und typische Anwendungen sind die Automatisierungstechnik und der Automobilbau. In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie diese zuverlässigen Schaltelemente funktionieren und worauf bei Beschaffung und Montage zu achten ist.
Mechanische Schaltelemente sind anfällig für den Ausfall beweglicher Teile.
Wenn durch die reine Hebelwirkung Stromkreise geöffnet, geschlossen oder gewechselt werden, könnten sich Teile des Gestänges lösen oder verklemmen und so den Schaltmechanismus wirkungslos machen. Außerdem unterliegen sie den Einfüssen der Umgebung. Öl, Wasser, Schmutz, Staub und Eis zum Beispiel verändern das Verhalten und damit die Zuverlässigkeit mechanischer Komponenten.
Magnetschalter sind dagegen weitgehend unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen, extreme Bedingungen wie sehr große Hitze beziehungsweise Kälte oder die Anwesenheit sehr aggressiver Substanzen sind natürlich ausgenommen. Aus diesem Grund sind Magnetschalter in industriellen Umgebungen sehr häufig zu finden.
Zu den typischen Anwendungsgebieten zählt die Automatisierungstechnik. Bei pneumatisch betriebenen Maschinen dienen sie beispielsweise zur Positionserfassung des Zylinderkolbens und damit zur Steuerung des Antriebs. Magnetschalter können in automatischen Zählwerken ebenso zu finden sein wie in Förderanlagen.
In der Automobilindustrie sind sie unter anderem in Magnetschalter-Anlassern für Verbrennungsmotoren verbaut: Wird bei stehendem Motor die Zündung eingeschaltet, aktiviert der Magnetschalter über die Batterie den Anlassermotor, der wiederum über ein Ritzel die Schwungscheibe des Verbrennungsmotors in Drehung versetzt. Sobald die notwendige Drehzahl erreicht ist, wird das Ritzel zurückgezogen, der Anlassermotor abgeschaltet und die Lichtmaschine aktiviert.
Zu den wichtigsten Anwendungsgebieten gehört die Sicherheitstechnik. Mit Magnetschaltern lässt sich die Position von Fenstern und Türen ermitteln und gegebenenfalls eine Alarmanlage auslösen. Durch Magnetfelder auslösende Schaltelemente finden sich darüber hinaus in der Test- und Messtechnik, in Medizin, Landwirtschaft, Telekommunikation und Luftfahrt sowie in vielen Haushaltsgeräten.
Reed-Schalter
Der Schaltmechanismus besteht aus zwei ferromagnetischen Lamellen, die nur wenige Mikrometer voneinander entfernt sind. Nähert sich ein Magnet diesen Lamellen, ziehen sich die beiden Teile gegenseitig an. Sobald sie sich berühren, wird der Stromkreis geschlossen. Einige Reed-Schalter enthalten auch einen nicht-ferromagnetischen Kontakt, der einen normalerweise geschlossenen Ausgang bildet. Ein sich nähernder Magnet unterbricht den Kontakt und zieht ihn vom Schaltkontakt weg. Reed-Schalter lassen sich aber auch zum Wechseln von Stromkreisen nutzen. Hier sind drei Lamellen verbaut, je nach Polarität des Magnetfeldes bewegt sich die ferromagnetische Lamelle zu einem der beiden anderen Kontakte.
Die Lamellen können aus einer Vielzahl von Metallen bestehen, darunter Wolfram und Rhodium. Eine mit Inertgas – in der Regel Stickstoff – gefüllte Glashülle versiegelt die Kontakte bei einem Innendruck von unter einer Atmosphäre. Durch die Versiegelung werden die Kontakte von der Umgebung isoliert. Das verhindert Korrosion und Funken, die durch die Bewegung der Kontakte entstehen können.
Reed-Schalter besitzen einen geringen elektrischen Widerstand und können mit einer Vielzahl von Spannungen, Lasten und Frequenzen arbeiten, da der Reedkontakt einfach wie ein angeschlossener oder nicht angeschlossener Draht funktioniert. Für ein letztlich mechanisches Schaltelement bieten sie eine unglaublich hohe Zuverlässigkeit. Sie können Milliarden von Zyklen durchlaufen, bevor sie ausfallen. Außerdem lassen sich Reed-Schalter aufgrund ihrer versiegelten Konstruktion in explosivgefährdeten Umgebungen einsetzen, in denen ein Funke katastrophale Folgen haben könnte. Reed-Schalter gibt es axial bedrahtet zum manuellen Einlöten oder in Gurten für automatische Leiterplatten-Bestückungsautomaten.
Hall-Sensor und Hall-Schalter
Hall-Schaltelemente verwenden berührungslos arbeitende Festkörperbauteile, die im Vergleich zu Reed-Kontakten mechanischen Stößen besser widerstehen können. Diese Magnetschalter basieren auf dem Hall-Effekt, ein Ergebnis der Lorentz-Kraft: Wenn ein dünner Leiter oder Halbleiter von einem konstanten Strom durchflossen wird und ein permanentes Magnetfeld senkrecht zu diesem Strom ausgerichtet ist, reagiert das Feld des Stroms auf das Feld des Dauermagneten. Dadurch werden die durch den Leiter fließenden Elektronen aufgrund der Lorentz-Kraft auf eine Seite des Leiters gezogen. Im Leiter entsteht eine Potentialdifferenz, bezeichnet als Hall-Spannung. Die Größe der Hall-Spannung ist proportional zur Stärke des Magnetfeldes.
Der Hall-Effekt wird in Hall-Sensoren genutzt, die das Vorhandensein, die Abwesenheit oder die Stärke eines Magnetfeldes messen können. Obwohl Hall-Sensoren durch die Erkennung eines Magnetfeldes funktionieren, können sie zur elektronischen Erfassung einer Vielzahl von Parametern verwendet werden, darunter Position, Temperatur, Strom und Druck. Wird der Sensorstrom einer Schaltelektronik zugeführt, ergeben sich universell funktionierende Hall-Schalter.
Diese Schaltelemente benötigen allerdings Gleichstrom für den Sensor, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Ihre ideale Anwendung ist das Schalten kleiner elektrischer Lasten, bevorzugt in CNC-Anlagen. Hall-Schalter arbeiten mit niedrigen Gleichspannungen und -strömen, was sie ideal für den Einsatz in Haushaltsgeräten wie Waschmaschinen und Trocknern macht, die über Hochgeschwindigkeitssensoren verfügen. Sie sind auch in Gleichstrom-Transformatoren und in der Automobilbranche zur Steuerung von Tankanzeigen verwendbar.
Ein Solenoid ist eine Spule, deren Draht zu einer dicht gepackten Spirale gewickelt ist.
In der Elektrotechnik sind Solenoids wichtig, um kontrollierte Magnetfelder zu erzeugen, zum Beispiel für einen Elektromagneten.
Der Begriff lässt sich auch auf eine Vielzahl von Wandlergeräten beziehen, die Energie in lineare Bewegung umwandeln.
Dazu gehören Magnetventile und Magnetschalter. Sie interagieren in der Regel mit speziellen Relais und anderen Komponenten der Elektrik wie dem Magnetschalter-Starter beziehungsweise dem Magnetschalter-Anlasser in einem Auto.
Verwendungszweck und Ausführung stehen naturgemäß an erster Stelle. So bestimmen zum Beispiel die technischen Maße eines Pneumatikzylinders mit Magnetkolben die Größe des Magnetschalters. Bei der Stromversorgung sind Art, Spannung, Stromstärke und Schaltleistung wichtig, bei der Verwendung in rauen Umgebungen das Material des Kunststoff-Gehäuses sowie die IP-Schutzart, zum Beispiel IP 65.