Einführung

Der Reed-Schalter wurde in den späten 1930er Jahren von Bell Labs erfunden. Aber erst in den 1940er Jahren fand er als Sensor und Reed-Relais eine breite Anwendung. Hier wurde er in einer Reihe von Schritt-/Schaltanwendungen, frühen elektronischen Geräten und Testgeräten eingesetzt. In den späten 1940er Jahren begann Western Electric mit dem Einsatz von Reed-Relais in ihren Telefonvermittlungsstellen, wo sie auch heute noch in einigen Bereichen eingesetzt werden. Der Reed-Schalter trug wesentlich zur Entwicklung der Telekommunikationstechnologie bei. Im Laufe der Jahre kamen und gingen mehrere Hersteller, von denen einige länger blieben, als sie hätten bleiben sollen, und den Markt mit schlechter Qualität und mangelnder Zuverlässigkeit befleckten. Die meisten Hersteller von Reed-Schaltern produzieren heute jedoch sehr hochwertige und sehr zuverlässige Schalter. Dies hat zu einem nie dagewesenen Wachstum geführt.

Heute wird die Reed-Schaltertechnologie in allen Marktsegmenten eingesetzt, z. B. in der Prüf- und Messtechnik, in der medizinischen Elektronik, in der Telekommunikation, im Automobilbau, in der Sicherheitstechnik, in Haushaltsgeräten, für allgemeine Zwecke usw. Die Wachstumsrate ist stärker denn je, wobei die weltweite Produktion mit der Nachfrage nicht Schritt halten kann. Als Technologie ist der Reed-Schalter einzigartig. Da er hermetisch versiegelt ist, kann er in fast jeder Umgebung eingesetzt werden. Obwohl er sehr einfach aufgebaut ist, kommen bei seiner Herstellung viele Technologien zum Einsatz. Entscheidend für seine Qualität und Zuverlässigkeit ist die hermetische Abdichtung zwischen Glas und Metall, wobei das verwendete Glas und Metall exakte lineare Wärmeausdehnungskoeffizienten haben müssen. Andernfalls kommt es zu Rissen und schlechter Abdichtung. Ob gesputtert oder plattiert, das Aufbringen des Kontaktmaterials, in der Regel Rhodium oder Ruthenium, muss ähnlich wie in der Halbleitertechnik in hochreinen Umgebungen erfolgen. Wie bei Halbleitern führen Fremdpartikel bei der Herstellung zu Verlusten, Qualitäts- und Zuverlässigkeitsproblemen.

Um den Bedürfnissen unserer Kunden gerecht zu werden, hat Standex Detect beschlossen, eine eigene Montagelinie aufzubauen. Reedschalter werden seit 1968 in England und seit 2001 in
Deutschland hergestellt.

Im Laufe der Jahre ist die Größe der Reed-Schalter von ca. 50 mm (2 Zoll) auf 3,9 mm (0,15 Zoll) geschrumpft. Diese kleineren Größen haben viele weitere Anwendungen eröffnet, insbesondere im HF- und schnellen Zeitbereich.

Merkmale des Reed-Schalters

• Fähigkeit, bis zu 10.000 Volt zu schalten
• Schalten von Strömen bis zu 5 Ampere
• Schalten oder Übertragen von bis zu 10 Nanospannungen ohne Signalverlust
• Schalten oder Übertragen von bis zu 1 FemtoAmp ohne Signalverlust
• Fähigkeit, bis zu 7 GigaHz mit minimalem Signalverlust zu schalten oder zu übertragen
• Isolation über die Kontakte bis zu ¹⁰¹⁵ W
• Kontaktwiderstand (Einschaltwiderstand) typisch 50 MilliOhm (mW)
• Im ausgeschalteten Zustand benötigt er weder Strom noch einen Schaltkreis
• Fähigkeit, eine Verriegelungsfunktion anzubieten
• Betriebszeit im Bereich von 100 ms bis 300 ms
• Betrieb über extreme Temperaturbereiche von -55 °C bis +200 °C
• Betrieb in allen Arten von Umgebungen, einschließlich Luft, Wasser, Vakuum, Öl, Kraftstoffe und staubhaltige Atmosphären
• Widerstandsfähigkeit gegen Stöße bis zu 200 Gs
• Fähigkeit, Vibrationen von 50 Hz bis 2000 Hz bei bis zu 30 g standzuhalten
• Lange Lebensdauer. Keine Verschleißteile, Lastschaltung unter 5 Volt bei 10 mA, Betriebsdauer bis zu mehreren Milliarden Mal
• Kein Stromverbrauch, ideal für tragbare und batteriebetriebene Geräte
• Kein Schaltgeräusch

Der grundlegende Reed-Schalter

Ein Reed-Schalter besteht aus zwei ferromagnetischen Zungen (im Allgemeinen aus Eisen und Nickel), die in einer Glaskapsel hermetisch versiegelt sind(Abbildung 1). Die Zungen überlappen sich im Inneren der Glaskapsel mit einem Spalt dazwischen und kommen miteinander in Kontakt, wenn ein geeignetes Magnetfeld vorhanden ist. Die Kontaktfläche beider Blätter ist mit einem sehr harten Metall beschichtet oder besputtert, in der Regel Rhodium oder Ruthenium. Diese sehr harten Metalle ermöglichen eine sehr lange Lebensdauer, wenn die Kontakte nicht mit hohen Lasten geschaltet werden. Das Gas in der Kapsel besteht in der Regel aus Stickstoff oder einem gleichwertigen Inertgas.

Einige Reed-Schalter verfügen über ein internes Vakuum, um ihre Fähigkeit zu erhöhen, hohe Spannungen zu schalten (bis zu 10 kV) und auszuhalten. Die Reed-Klingen wirken als magnetische Flussleiter
wenn sie einem externen Magnetfeld ausgesetzt sind, das entweder von einem Dauermagneten oder einer elektromagnetischen Spule ausgeht. Es entstehen Pole mit entgegengesetzter Polarität, und die Kontakte schließen
wenn die Magnetkraft die Federkraft der Zungenblätter übersteigt. Wenn das äußere Magnetfeld so weit reduziert wird, dass die Kraft zwischen den Zungen geringer ist als die Rückstellkraft
Rückstellkraft der Zungenblätter ist, öffnen sich die Kontakte.

Bei dem oben beschriebenen Reed-Schalter handelt es sich um einen Reed-Schalter der Form A (Schließer) oder Single Pole Single Throw (SPST). Die Verwendung mehrerer Schalter in einer bestimmten Konfiguration wird als 2 Form A (zwei normalerweise offene Schalter oder Double Pole Single Throw (DPST)), 3 Form A (drei normalerweise offene Schalter) usw. beschrieben. Ein normalerweise geschlossener Schalter wird als 1 Form B bezeichnet. Ein Schalter mit einer gemeinsamen Zunge, einer normalerweise offenen Zunge und einer normalerweise geschlossenen Zunge(Abbildung #2) wird als 1 Form C (Single Pole Double Throw (SPDT)) bezeichnet.

Alle drei Reed-Zungen sind ferromagnetisch; der Kontaktbereich des Öffners besteht jedoch aus einem nichtmagnetischen Metall, das mit der ferromagnetischen Zunge verschweißt wurde. Wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden, nehmen die beiden festen Zungen die gleiche Polarität an, die der des Ankers entgegengesetzt ist. Das Paddel bewegt sich dann auf den normalerweise
offenen Blatt.

Abbildung 3 zeigt die allgemeine Funktion eines Reed-Schalters unter Verwendung eines Permanentmagneten.

Die Verwendung einer mit isoliertem Kupferdraht gewickelten Spule. Siehe Abbildung 4.

Wenn ein Dauermagnet, wie in der Abbildung gezeigt, in die Nähe eines Reed-Schalters gebracht wird, werden die einzelnen Zungen mit der gezeigten magnetischen Polarität magnetisiert. Wenn das externe Magnetfeld stark genug wird, schließt die magnetische Anziehungskraft die Zungen. Die Reed-Zungen werden geglüht und bearbeitet, um jegliche magnetische Anziehungskraft zu entfernen. Wenn das Magnetfeld abgeschaltet wird, baut sich auch das Magnetfeld auf den Reed-Blättern ab. Ein eventuell vorhandener Restmagnetismus auf den Reed-Blättern würde das Öffnungs- und Schließverhalten beeinflussen. Die ordnungsgemäße Verarbeitung und das richtige Ausglühen sind zweifellos wichtige Schritte bei der Herstellung.