Werkstoffprüfung bei Herstellung der Reedschaltern

Bei der Herstellung von elektromagnetischen Komponenten werden für die Prozesskontrolle deren magnetischen Eigenschaften überwacht, da diese eng mit der Endanwendung verknüpft sind. Beispielsweise wird die Koerzitivfeldstärke verwendet, um die Schaltungen von sogenannten Reedschaltern zu qualifizieren.

Der einfache Aufbau und die Robustheit der Reedschalter unter verschiedenen Umweltbedingungen ermöglichen einen vielfältigen industriellen Einsatz zum Beispiel in der Automobil-, Elektronik- oder Bauindustrie, als auch in der Medizintechnik und weiteren Industriebereichen. Der Reedschalter ist ein elektrischer Schalter, der meistens entweder als Schaltkreissteuerung oder als Sensorinstrument verwendet wird. So funktioniert ein Reedschalter: Ein externes Magnetfeld öffnet und schließt die Schaltzungen (bis zu < 1 mm in Ø) des Reedschalters. Die Schaltzungen bestehen aus weichmagnetischem Material, um ein schnelles Schalten zu ermöglichen.

Abb.1: Funktionsprinzip des Reedschalters

Denn um richtig zu funktionieren, muss der Reedschalter dynamisch und schnell auf das angelegte Magnetfeld reagieren. Deshalb werden die Schaltzungen aus magnetisch weichem Material, wie zum Beispiel Eisen-Nickel Legierungen, aufgebaut. Hier kann die magnetische Koerzitivfeldstärke (H_cJ) ein nützlicher Parameter zur Beurteilung der Qualität des Materials sein. Die Koerzitivfeldstärke H_cJ ist ein Punkt (für eine gegebene Entmagnetisierungsrichtung) auf der magnetischen Hysteresekurve. Dieser Parameter wurde in der herstellenden und verarbeitenden Industrie für weichmagnetische Materialien umfassend getestet. Insbesondere lässt die Kenntnis des H_cJ-Wertes Rückschlüsse auf den magnetischen Hystereseverlust des Materials zu, der ein Indikator für die Energiedissipation während des (Ent-)Magnetisierungsprozesses ist. Je kleiner der Wert der Koerzitivfeldstärke ist, desto geringer ist der Energieverlust bei der Endanwendung.

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Zum Beispiel kann die Koerzitivfeldstärke einer "schlechten" Schaltzunge um eine Größenordnung höher sein als die einer "guten", z.B. H_cJ ~400 A/m oder höher bei einer "schlechten" gegenüber H_cJ ~50 A/m oder niedriger bei "gutem" Material. Je kleiner die Koerzitivfeldstärke (d.h. je geringer die magnetische Hysterese), desto schneller schließen/öffnen sich die Pins, was wiederum eine optimale Funktionalität der Schaltung garantiert.

                 Abb.2: Die Schaltzungen der Reedschalter

Obwohl die Koerzitivfeldstärke ein guter Parameter für die Prüfung der Materialqualität der Schaltzungen ist, kann die Messung von H_cJ an kleinen Proben aufgrund ihrer Größe und des geringen magnetischen Streuflusses eine ziemliche Herausforderung darstellen. Diese Umstände erfordern sehr empfindliche Messgeräte.

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