Reedkontakt – Funktion, Aufbau und Einsatz in CNC-Maschinen
Ein Reedkontakt ist ein elektrisch betätigter Schalter, der durch ein äußeres Magnetfeld geschaltet wird. Im Inneren eines verschlossenen Glaskörpers befinden sich zwei ferromagnetische Kontaktzungen. Nähert sich ein Permanentmagnet, werden die Kontaktzungen magnetisiert und bewegen sich aufeinander zu. Dadurch wird der elektrische Stromkreis geöffnet oder geschlossen.
Weil der Reedkontakt ohne mechanische Betätigung von außen arbeitet, lässt er sich berührungslos und nahezu verschleißfrei ansteuern. Reedkontakte werden deshalb häufig zur Positionsüberwachung, Endlagenerkennung und Drehzahlmessung eingesetzt.
Was ist ein Reedkontakt?
Der Begriff „Reed“ stammt aus dem Englischen und bedeutet unter anderem „Zunge“. Gemeint sind die dünnen, elastischen Metallzungen im Inneren des Schalters.
Diese Kontaktzungen bestehen aus einem ferromagnetischen Werkstoff und werden in einem hermetisch verschlossenen Glasröhrchen angeordnet. Die Kontaktflächen sind häufig mit einem verschleiß- und korrosionsbeständigen Material beschichtet.
Der Glaskörper schützt die Kontaktflächen vor:
- Feuchtigkeit
- Staub
- Schmutz
- Korrosion
- aggressiven Umgebungsbedingungen
Im Inneren befindet sich je nach Ausführung ein Schutzgas oder ein Vakuum. Dadurch können die Kontaktflächen über einen langen Zeitraum zuverlässig arbeiten.
Wie funktioniert ein Reedkontakt?
Wird ein Magnet an den Reedkontakt angenähert, durchdringt dessen Magnetfeld die ferromagnetischen Kontaktzungen. Die beiden Kontaktzungen nehmen dabei entgegengesetzte magnetische Pole an und ziehen sich gegenseitig an.
Bei einem Schließerkontakt läuft der Schaltvorgang folgendermaßen ab:
- Ohne Magnet sind die Kontaktzungen voneinander getrennt.
- Der elektrische Stromkreis ist geöffnet.
- Ein Permanentmagnet wird dem Reedkontakt angenähert.
- Das Magnetfeld magnetisiert die Kontaktzungen.
- Die Kontaktzungen bewegen sich aufeinander zu.
- Die Kontaktflächen berühren sich.
- Der elektrische Stromkreis wird geschlossen.
Wird der Magnet wieder entfernt, nimmt die magnetische Kraft ab. Die federnden Kontaktzungen bewegen sich in ihre ursprüngliche Position zurück und öffnen den Stromkreis.
Zwischen dem Einschaltpunkt und dem Ausschaltpunkt besteht normalerweise ein kleiner Abstand. Dieser Unterschied wird als Schalthysterese bezeichnet und verhindert, dass der Reedkontakt unmittelbar am Schaltpunkt ständig ein- und ausschaltet.
Aufbau eines Reedkontakts
Ein klassischer Reedkontakt besteht aus wenigen Bauteilen:
- verschlossener Glaskörper
- zwei ferromagnetische Kontaktzungen
- beschichtete Kontaktflächen
- elektrische Anschlussdrähte
- Schutzgas oder Vakuum im Glaskörper
Die Kontaktzungen übernehmen gleichzeitig mehrere Aufgaben. Sie führen den elektrischen Strom, reagieren auf das Magnetfeld und wirken durch ihre Elastizität als Rückstellfeder.
Der eigentliche Reedkontakt ist empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen. In industriellen Reedsensoren befindet sich das Glasröhrchen deshalb häufig in einem Kunststoff-, Metall- oder Gewindegehäuse. Das Gehäuse schützt den Kontakt und ermöglicht eine sichere Montage.
Bauarten von Reedkontakten
Reedkontakte sind mit unterschiedlichen Kontaktfunktionen erhältlich.
Reedkontakt als Schließer
Der Schließer wird auch als „Normally Open“ oder kurz NO bezeichnet. Ohne Magnet ist der Stromkreis geöffnet. Wird ein Magnet angenähert, schließen sich die Kontaktzungen.
Der Schließer ist die am häufigsten verwendete Ausführung.
Reedkontakt als Öffner
Der Öffner wird als „Normally Closed“ oder NC bezeichnet. Im Ruhezustand ist der Stromkreis geschlossen. Bei Annäherung eines Magneten wird die elektrische Verbindung unterbrochen.
Je nach Konstruktion kann sich hinter einem als Öffner angebotenen Magnetsensor eine besondere Reedkontakt-Anordnung oder eine zusätzliche magnetische Vorspannung befinden.
Reedkontakt als Wechsler
Ein Wechsler besitzt einen gemeinsamen Anschluss sowie einen Öffner- und einen Schließerkontakt. Durch die Betätigung wechselt die elektrische Verbindung von einem Kontakt zum anderen.
Wechsler können beispielsweise verwendet werden, wenn gleichzeitig zwei unterschiedliche Schaltzustände ausgewertet werden sollen.
Rastender Reedkontakt
Ein rastender oder bistabiler Reedkontakt behält seinen Schaltzustand auch nach dem Entfernen des auslösenden Magnetfeldes bei. Zum Zurückschalten ist ein Magnetfeld mit entgegengesetzter Polarität erforderlich.
Reedkontakte in CNC-Maschinen
Reedkontakte eignen sich für verschiedene Erfassungs- und Überwachungsaufgaben an CNC-Maschinen. Voraussetzung ist, dass ein Magnet am beweglichen Maschinenteil angebracht werden kann.
Referenzschalter
Ein Reedkontakt kann den Referenzpunkt einer CNC-Achse erfassen. Der Magnet wird an der beweglichen Achse und der Reedsensor am feststehenden Maschinenteil montiert.
Erreicht der Magnet den Erfassungsbereich, ändert der Reedkontakt seinen Schaltzustand. Die CNC-Steuerung verwendet dieses Signal zur Bestimmung der Maschinenreferenz.
Die erreichbare Wiederholgenauigkeit hängt von mehreren Faktoren ab:
- Empfindlichkeit des Reedkontakts
- Stärke und Form des Magneten
- Abstand zwischen Magnet und Kontakt
- Bewegungsrichtung des Magneten
- Anfahrgeschwindigkeit der Achse
- mechanische Stabilität der Befestigung
- vorhandene Schalthysterese
Für besonders präzise Referenzfahrten muss geprüft werden, ob die Wiederholgenauigkeit des verwendeten Reedkontakts ausreicht.
Endlagenerkennung
Reedkontakte können erkennen, ob eine Maschinenachse, Klappe oder Spannvorrichtung eine bestimmte Endlage erreicht hat.
Ein gewöhnlicher Reedkontakt ist jedoch kein automatisch sicherheitsgerichteter Endschalter. Für den Schutz von Personen müssen geeignete und entsprechend zertifizierte Sicherheitsschalter verwendet werden.
Überwachung von Pneumatikzylindern
Viele Pneumatikzylinder besitzen einen magnetischen Kolben. Ein außen am Zylinder montierter Reedsensor erkennt das Magnetfeld des Kolbens durch die Zylinderwand hindurch.
Damit lassen sich beispielsweise folgende Zustände überwachen:
- Zylinder eingefahren
- Zylinder ausgefahren
- Spannvorrichtung geöffnet
- Spannvorrichtung geschlossen
- Werkzeug gespannt
- Werkzeug gelöst
Drehzahlmessung
Ein Reedkontakt kann zur einfachen Drehzahlmessung verwendet werden. Dazu wird ein Magnet an einer Welle oder Riemenscheibe befestigt.
Bei jeder Umdrehung bewegt sich der Magnet am Reedkontakt vorbei und erzeugt einen elektrischen Impuls. Die Drehzahl lässt sich aus der Impulsfrequenz berechnen:
Drehzahl in min⁻¹ = Impulse pro Sekunde × 60 ÷ Magnete pro Umdrehung
Für hohe Drehzahlen ist ein Reedkontakt nur eingeschränkt geeignet. Die mechanischen Kontaktzungen können prellen und besitzen eine begrenzte Schalthäufigkeit. Für schnelle Impulsfolgen sind Hall-Sensoren oder induktive Sensoren häufig besser geeignet.
Überwachung von Türen und Schutzhauben
Ein Magnetkontakt kann feststellen, ob eine Tür, Klappe oder Maschinenhaube geschlossen ist. Solche einfachen Kontakte dürfen jedoch nicht ohne entsprechende Sicherheitsbewertung als alleinige Schutzeinrichtung verwendet werden.
Für eine sicherheitsgerichtete Haubenüberwachung sind dafür zugelassene Sicherheitssensoren und eine geeignete Sicherheitsauswertung erforderlich.
Elektrischer Anschluss
Ein einfacher Reedkontakt besitzt normalerweise zwei Anschlüsse und arbeitet wie ein potentialfreier mechanischer Schalter. Er benötigt für den eigentlichen Schaltvorgang keine eigene Versorgungsspannung.
Der Kontakt kann beispielsweise zwischen einen Signaleingang und das zugehörige Bezugspotenzial einer CNC-Steuerung geschaltet werden.
Vor dem Anschluss müssen folgende Werte geprüft werden:
- maximal zulässige Schaltspannung
- maximal zulässiger Schaltstrom
- maximale Schaltleistung
- maximaler Dauerstrom
- Kontaktfunktion
- erforderlicher Eingangsstrom der Steuerung
- zulässige Schaltfrequenz
Ein fertig aufgebauter Reedsensor kann zusätzlich eine LED, Schutzschaltung oder elektronische Auswertung enthalten. In diesem Fall ist er nicht zwingend mit einem einfachen potentialfreien Zweidrahtkontakt gleichzusetzen. Maßgeblich ist immer das Datenblatt des Herstellers.
Schaltleistung richtig beachten
Ein häufiger Fehler besteht darin, nur den maximalen Strom oder nur die maximale Spannung des Reedkontakts zu beachten. Entscheidend sind jedoch alle im Datenblatt angegebenen Grenzwerte.
Die zulässige Schaltleistung darf ebenfalls nicht überschritten werden:
Schaltleistung = Schaltspannung × Schaltstrom
Die einfache Multiplikation beschreibt jedoch nicht jede Belastung vollständig. Insbesondere induktive und kapazitive Verbraucher können beim Schalten deutlich höhere Belastungen erzeugen als im stationären Betrieb.
Reedkontakte sollten deshalb möglichst nur kleine Signallasten oder einen geeigneten Koppelbaustein schalten. Motoren, Magnetventile, Schütze oder leistungsstarke Relais dürfen nur geschaltet werden, wenn die elektrischen Grenzwerte ausdrücklich eingehalten und geeignete Schutzmaßnahmen vorgesehen werden.
Induktive und kapazitive Lasten
Bei einer induktiven Last entsteht beim Abschalten eine Spannungsspitze. Diese kann einen Lichtbogen zwischen den Kontaktflächen verursachen und den Reedkontakt beschädigen.
Mögliche Schutzmaßnahmen sind:
- Freilaufdiode bei Gleichspannung
- RC-Löschglied
- geeigneter Varistor
- Schutzbeschaltung am Relais oder Magnetventil
- elektronischer Koppelbaustein
Kapazitive Lasten können beim Einschalten einen hohen Stromstoß erzeugen. Dies betrifft beispielsweise lange Leitungen, Kondensatoren oder bestimmte elektronische Eingänge. Ein geeigneter Serienwiderstand kann den Einschaltstrom begrenzen.
Die Schutzbeschaltung muss immer zur Betriebsspannung und zur angeschlossenen Last passen.
Kontaktprellen
Beim Schließen können die Kontaktzungen kurzzeitig mehrfach aufeinandertreffen. Dadurch entstehen innerhalb sehr kurzer Zeit mehrere elektrische Impulse. Dieses Verhalten wird als Kontaktprellen bezeichnet.
Bei einer einfachen Zustandsüberwachung ist das häufig unproblematisch. Bei Zähl- oder Drehzahlsignalen kann das Prellen jedoch fälschlicherweise als mehrere Schaltvorgänge ausgewertet werden.
Mögliche Gegenmaßnahmen sind:
- Software-Entprellung in der Steuerung
- zeitverzögerte Eingangsauswertung
- RC-Glied
- Schmitt-Trigger
- spezieller Entprellbaustein
Die Entprellzeit darf nicht so lang gewählt werden, dass gültige schnelle Schaltvorgänge verloren gehen.
Magnet und Schaltabstand
Der Schaltabstand ist keine feste Eigenschaft des Reedkontakts allein. Er wird durch das gesamte magnetische System bestimmt.
Einflussfaktoren sind:
- Magnetwerkstoff
- Größe des Magneten
- Form des Magneten
- Magnetisierungsrichtung
- Abstand zum Reedkontakt
- Bewegungsrichtung
- Ausrichtung des Reedkontakts
- ferromagnetische Bauteile in der Umgebung
Stahlbauteile können das Magnetfeld umlenken und dadurch den Schaltpunkt verändern. Deshalb muss die endgültige Funktion immer unter den tatsächlichen Einbaubedingungen geprüft werden.
Ein zu starker oder zu nah montierter Magnet kann dazu führen, dass der Reedkontakt über einen sehr großen Bereich betätigt bleibt. Für einen definierten Schaltpunkt ist daher nicht automatisch der stärkste Magnet die beste Wahl.
Montagehinweise
Der Glaskörper eines ungeschützten Reedkontakts ist empfindlich und darf nicht gebogen oder mechanisch verspannt werden. Besonders an den Übergängen zwischen Glas und Anschlussdrähten können durch falsche Bearbeitung Beschädigungen entstehen.
Bei der Installation sollten folgende Punkte beachtet werden:
- Reedkontakt vor Stößen und Vibrationen schützen.
- Anschlussdrähte nicht direkt am Glaskörper biegen.
- Lötwärme und Lötzeit begrenzen.
- Magnet und Sensor mechanisch sicher befestigen.
- Kabel gegen Zug und Scheuern schützen.
- Abstand zu starken Fremdmagnetfeldern beachten.
- Schaltpunkt mehrfach aus derselben Richtung prüfen.
- Funktion bei normaler Maschinengeschwindigkeit testen.
- Auswirkungen benachbarter Stahlteile berücksichtigen.
- Kontakt nicht oberhalb seiner Grenzwerte betreiben.
Für den Einsatz an CNC-Maschinen ist ein gekapselter industrieller Reedsensor meist besser geeignet als ein ungeschütztes Glasröhrchen.
Reedkontakt und Hall-Sensor im Vergleich
| Merkmal | Reedkontakt | Hall-Sensor |
|---|---|---|
| Funktionsprinzip | mechanischer Kontakt im Magnetfeld | elektronischer Magnetfeldsensor |
| Versorgungsspannung | bei einfachem Kontakt nicht erforderlich | normalerweise erforderlich |
| Ausgang | meist potentialfreier Kontakt | elektronisches Signal |
| Kontaktprellen | möglich | normalerweise nicht vorhanden |
| Verschleiß | sehr gering, aber mechanisch | kein mechanischer Kontakt |
| Schaltgeschwindigkeit | begrenzt | meist deutlich höher |
| Polarität des Anschlusses | beim einfachen Kontakt meist unerheblich | muss beachtet werden |
| Leckstrom im Aus-Zustand | beim einfachen Kontakt praktisch keiner | abhängig von Ausgangsschaltung |
| Eignung für hohe Drehzahlen | eingeschränkt | häufig besser geeignet |
| Empfindlichkeit gegen Stöße | Glaskörper und Kontaktzungen empfindlich | abhängig von Bauform |
Ein Reedkontakt ist besonders praktisch, wenn ein einfacher potentialfreier Schaltkontakt ohne zusätzliche Versorgung benötigt wird. Ein Hall-Sensor eignet sich besser für hohe Schaltfrequenzen, schnelle Drehzahlmessungen und verschleißfreie elektronische Signale.
Vorteile von Reedkontakten
- berührungslose Betätigung
- einfacher elektrischer Anschluss
- bei Standardausführungen keine Versorgungsspannung erforderlich
- potentialfreier Kontakt möglich
- geringe Leistungsaufnahme
- kompakte Bauform
- geschützte Kontaktflächen
- galvanische Trennung zwischen Magnet und Stromkreis
- geringer Übergangswiderstand bei intakten Kontakten
- für viele Positionsabfragen geeignet
Nachteile und mögliche Fehlerquellen
- empfindlicher Glaskörper
- mechanisches Kontaktprellen
- begrenzte Schaltleistung
- begrenzte Schalthäufigkeit
- möglicher Kontaktverschleiß durch Lichtbögen
- Schaltpunkt abhängig von Magnet und Einbaulage
- Beeinflussung durch ferromagnetische Bauteile
- nicht ohne Weiteres für hohe Drehzahlen geeignet
- Kontakt kann bei Überlastung verschweißen
- Standardausführung ist kein Sicherheitsschalter
Sicherheitshinweis
Arbeiten an elektrischen Anlagen und CNC-Steuerungen dürfen nur im spannungsfreien Zustand und durch entsprechend qualifizierte Personen durchgeführt werden.
Ein gewöhnlicher Reedkontakt ersetzt keinen Not-Halt-Schalter, keinen zertifizierten Sicherheitsendschalter und keine sicherheitsgerichtete Schutzeinrichtung. Bei sicherheitsrelevanten Anwendungen müssen dafür vorgesehene Komponenten, eine geeignete Auswertung und die erforderliche Fehlerüberwachung verwendet werden.
Häufig gestellte Fragen
Benötigt ein Reedkontakt eine Versorgungsspannung?
Ein einfacher mechanischer Reedkontakt benötigt keine eigene Versorgungsspannung. Fertige Reedsensoren mit LED oder integrierter Elektronik können dagegen eine Versorgung benötigen oder einen messbaren Spannungsabfall verursachen.
Ist ein Reedkontakt potentialfrei?
Der reine Reedkontakt ist normalerweise potentialfrei. Das gilt nicht automatisch für Sensorgehäuse mit zusätzlicher Elektronik. Die genaue Ausführung muss im Datenblatt geprüft werden.
Kann ein Reedkontakt durch Kunststoff schalten?
Ja. Nichtmagnetische Materialien wie Kunststoff, Holz oder Glas beeinflussen das Magnetfeld normalerweise nur gering. Der Magnet muss dennoch innerhalb des erforderlichen Schaltabstands liegen.
Kann ein Reedkontakt durch Metall schalten?
Metall kann das Magnetfeld abschirmen oder umlenken. Besonders ferromagnetische Werkstoffe wie Stahl können den Schaltpunkt stark beeinflussen. Die Funktion muss deshalb im eingebauten Zustand geprüft werden.
Kann ein Reedkontakt direkt ein Relais schalten?
Das ist nur möglich, wenn Einschaltstrom, Dauerstrom, Abschaltspannung und Schaltleistung innerhalb der zulässigen Werte liegen. Bei einer Gleichspannungsrelaisspule ist normalerweise eine Freilaufdiode erforderlich.
Eignet sich ein Reedkontakt als CNC-Referenzschalter?
Grundsätzlich ja. Für präzise Anwendungen müssen jedoch Wiederholgenauigkeit, Schalthysterese, Magnetanordnung und Anfahrgeschwindigkeit berücksichtigt werden.
Was passiert bei falscher Magnetpolarität?
Ein einfacher Schließer kann häufig mit beiden Magnetpolen betätigt werden. Ausrichtung, Magnetform und Bewegungsrichtung beeinflussen dennoch den Schaltbereich. Bei bistabilen Kontakten ist die Magnetpolarität für das Ein- und Ausschalten entscheidend.
Fazit
Ein Reedkontakt ist ein kompakter, magnetisch betätigter Schalter mit geschützten Kontaktflächen. Er eignet sich besonders zur Positions- und Endlagenerkennung, zur Überwachung von Pneumatikzylindern sowie für einfache Referenz- und Drehzahlsignale.
Für einen zuverlässigen Betrieb müssen Magnetstärke, Einbaulage, Schaltabstand und elektrische Belastung aufeinander abgestimmt werden. Werden schnelle Impulse, hohe Schaltfrequenzen oder vollständig kontaktlose Signale benötigt, kann ein Hall-Sensor die bessere Wahl sein.