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Pickering setzt auf Reed-Relais

Zuverlässig und langlebig

6. Juli 2016, 16:13 Uhr | Erich Schenk

Graham Dale, Pickering Electronics »Die Gasfüllung verleiht dem Reedschalter seine außergewöhnlich hohe mechanische Lebensdauer.«

Werde ein Reed-Relais korrekt eingesetzt, biete es hohe Zuverlässigkeit bei langer Lebensdauer, sagt Graham Dale, Technischer Leiter von Pickering Electronics. Dank einfacher Einsetzbarkeit und der Fortschritte bei Baugröße und Leistungsdaten sei dieser Relaistyp auch eine Alternative für EM-Relais.

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Ein Reed-Relais von Pickering Electronics besteht im Wesentlichen aus zwei ferromagnetischen Metallzungen aus Nickel und Eisen im Verhältnis von etwa 50:50. Umschlossen sind diese Metallzungen von einem Glasgehäuse, das die Position der Metallzungen fixiert und die Zungen hermetisch einschließt: »So wir verhindert, dass der kritische Kontaktbereich im Innern des Gehäuses kontaminiert wird«, betont Graham Dale. Sobald ein magnetisches Feld in Richtung der Achse der Metallzungen anliegt, wird das Feld dort wegen des ferromagnetischen Charakters der Zungen verstärkt. Nun bewegen sich die offenen Kontakte der Metallzungen aufeinander zu, bis die Lücke zwischen ihnen geschlossen ist und der Strom fließt. Die hermetisch dichte Hülle um die Reed-Kontakte ist mit Inertgas gefüllt, bei Hochspannungsausführungen ist im Glasgehäuse statt der Gasfüllung ein Vakuum. »Diese Gasfüllung/Vakuum verleiht dem Reedschalter seine außergewöhnlich hohe mechanische Lebensdauer.«

Die Kontaktbereiche der Metallzungen werden nach unterschiedlichen Verfahren mit speziellen Metallen beschichtet. Üblich sind hier Rhodium, Iridium oder Ruthenium, die sich durch harte, abriebfeste Oberflächen mit hervorragender Langzeitstabilität des Kontaktwiderstands auszeichnen, der typischerweise Milliarden von Schaltspielen ermöglicht. Bei sehr hohen Schaltspannungen von 5 bis 15 kV ist Wolfram das bevozugte Material.

Die meisten Pickering-Reed-Relais verwenden körperlose Spulen, die auf den herkömmlichen Spulenkörper verzichten. »Das schafft mehr Raum für die Spulenwindungen, in bestimmten Fällen bis zu 50 Prozent mehr«, versichert Dale. So lassen sich die Relais kleiner ausführen oder mit geringerem Strom und höherem Spulenwiderstand betreiben. Erhältlich sind Reed-Relais in einer Vielzahl von Gehäuseformen wie Dual-Inline, Single-Inline und SMT.

Oft werden Reed-Relais mit Spritzguss-Gehäuse hergestellt, wobei relativ harte Materialien zum Einsatz kommen. Die empfindlichen Glas-Metall-Übergänge der Reedschalter werden dabei stark belastet, was mit einem »erhöhten Risiko« der Schädigung verbunden ist. »Wir hingegen verwenden eine weiche innere Verkapselung, die einen exzellenten Schutz für den Reedschalter darstellt«, sagt Dale. Ohne diese Maßnahme könnten die mechanischen Belastungen den Reedschalter leicht verformen, wodurch sich die Kontaktzone verändere und Leistungsdaten des Relais wie Widerstandsstabilität und Lebensdauer in Mitleidenschaft gezogen würden. Ein innen liegender Magnetschirm aus Mu-Metall sorgt dafür, dass die Relais von Pickering dicht angeordnet werden können, ohne dass das Magnetfeld benachbarte Relais beinflusst. »Dieses Merkmal erlaubt also eine höchstmögliche Packungsdichte.«

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Vergleich mit EM-Relais

Elektromechanische Relais sind weit verbreitet und stellen für den Anwender »häufig die kostengünstigste Relais-Lösung dar«, konzediert Dale. Es gebe aber einige »beachtenswerte Unterschiede« zwischen Reed-Relais und elektromechanischen Relais, derer sich der Anwender bewusst sein sollte.

EM-Relais sind so ausgelegt, dass sich beim Schließen der Kontakte eine Wischbewegung ergibt, die dazu beiträgt, dass kleine Verschweißungen aufgebrochen werden und sich die Kontakte selbst reinigen. Dadurch sind höhere Kontaktbelastbarkeiten möglich bei gleichzeitig stärkerer Abnutzung der Kontaktbeschichtung.
Weil EM-Relais größere Kontakte benutzen als Reed-Relais, können elektromechanische Relais viel größere Leistungsdaten aufweisen. Reed-Relais sind in der Regel limitiert auf eine Stromtragfähigkeit von 2 bis 3 A. Durch die größeren Kontaktbereiche können EM-Relais häufig Stoßströmen besser widerstehen.
EM-Relais haben typischerweise einen niedrigeren Kontaktwiderstand als Reed-Relais, weil sie größere Kontakte aufweisen und Materialien verwenden können, die einen niedrigeren spezifischen Widerstand haben als die Nickel-Eisen-Legierung der Kontakte von Reedschaltern.
Reed-Relais schalten wesentlich schneller als EM-Relais – typischerweise um den Faktor 5 bis 10. Die höhere Geschwindigkeit ergibt sich aus dem leichteren und einfacheren Aufbau der bewegten Teile.
Die Kontakte der Reed-Relais sind hermetisch versiegelt, sodass das Schaltverhalten bei kleinen Signalpegeln konsistenter ist und die Isolationswerte bei offenem Kontakt deutlich höher ausfallen. EM-Relais sind häufig in Kunststoffgehäuse gepackt, was einen gewissen Schutz bietet. »Über die Zeit sind die Kontakte jedoch externen Schadstoffen, Emissionen aus dem Kunststoffgehäuse und dem Sauerstoffeintrag ausgesetzt«, listet Dale Schwachpunkte auf.
Reed-Relais benötigen zum Schalten der Kontakte weniger Leistung als EM-Relais.
Reed-Relais haben (bei kleinen Lasten) eine um den Faktor 10 bis 100 höhere mechanische Lebensdauer, weil Reed-Relais im Vergleich mit EM-Relais weniger bewegte Teile aufweisen.