Hysterese beim Schwimmerschalter – warum ein Signal ruhig bleibt oder flattert
Ein Signal, das flattert, statt sauber zu schalten. Eine Pumpe, die im Sekundentakt taktet. Dahinter steckt fast immer die Hysterese. Beim Schwimmerschalter meint dieser Begriff allerdings zwei verschiedene Dinge: die kleine, bauteilbedingte Hysterese des Reedkontakts selbst – und die bewusst ausgelegte Schaltdifferenz zwischen zwei Schaltpunkten. Beide entscheiden darüber, ob eine Anlage ruhig läuft oder unruhig schaltet.
→ Was ist Hysterese beim Schwimmerschalter?
→ Die bauteilbedingte Hysterese des Reedkontakts
→ Warum hlm elektronik hohe AW-Werte einsetzt
→ Die anwendungsbezogene Schaltdifferenz
→ Bauteil-Hysterese und Schaltdifferenz im Vergleich
→ Schaltdifferenz richtig auslegen
→ Kontaktflattern vermeiden
→ Häufige Fragen
Was ist Hysterese beim Schwimmerschalter?
Als Hysterese bezeichnet man beim Schwimmerschalter die Differenz zwischen Einschaltpunkt und Ausschaltpunkt – also den Abstand zwischen dem Schalten und dem Zurückschalten. Dieser Abstand tritt auf zwei Ebenen auf: als kleine, bauteilbedingte Eigenhysterese des Reedkontakts (wenige Millimeter) und als bewusst ausgelegte Schaltdifferenz über zwei Schaltpunkte (Millimeter bis Zentimeter bis maximal zur Schaltrohrlänge).
Beide werden am Füllstand in Millimetern angegeben und haben denselben Zweck: Sie verhindern, dass der Schalter bei kleinen Pegelbewegungen ständig umschaltet. Der Unterschied liegt in Größenordnung, Ursprung und Auslegbarkeit – darum lohnt sich die Unterscheidung.
Die bauteilbedingte Hysterese des Reedkontakts
Jeder Schaltpunkt eines Schwimmerschalters beruht auf einem Reedkontakt, der vom Permanentmagneten im Schwimmer berührungslos betätigt wird. Dieser Reedkontakt hat eine eigene Hysterese:
Einschaltpunkt: Der Magnet nähert sich dem Reedkontakt. Sobald das Magnetfeld stark genug ist (Ansprechwert), schließt der Kontakt.
Ausschaltpunkt: Entfernt sich der Magnet wieder, öffnet der Kontakt nicht sofort, sondern erst, wenn das Feld deutlich schwächer ist (Abfallwert) – der Magnet muss also eine kurze Wegstrecke zurücklegen.
Die Differenz zwischen beiden Punkten ist die bauteilbedingte Hysterese. Sie ist immer vorhanden, konstruktiv nicht frei wählbar und liegt am Füllstand im Bereich weniger Millimeter. In der Praxis bedeutet das: Der Rückschaltpunkt eines Schwimmerschalters liegt einige Millimeter unterhalb oder oberhalb des Schaltpunkts.
Wie groß diese Eigenhysterese ausfällt, hängt vom Reedkontakt selbst ab – insbesondere von seiner magnetischen Empfindlichkeit (AW-Wert, Ampere-Windungen) – sowie von Magnet, Schwimmergeometrie und Einbausituation.
Der Reedkontakt schaltet bei steigendem und fallendem
Füllstand nicht exakt an der gleichen Position.
Warum hlm elektronik hohe AW-Werte einsetzt
In vielen Anwendungen schwankt das Medium ständig – durch Pumpen, Wellenbewegungen oder Vibrationen. Der Schwimmer und mit ihm der Magnet bewegen sich dann fortlaufend auf und ab. Ist die Eigenhysterese des Reedkontakts sehr klein, kann schon eine geringe Bewegung genügen, damit der Kontakt am Schaltpunkt wiederholt ein- und ausschaltet.
Die Folge: unnötig viele Schaltvorgänge und ein unruhiges Ausgangssignal.
hlm elektronik setzt deshalb überwiegend Reedkontakte mit hohen AW-Werten ein. Ein hoher AW-Wert bedeutet eine geringere magnetische Empfindlichkeit – der Kontakt reagiert erst auf ein stärkeres Feld und besitzt konstruktionsbedingt eine größere Eigenhysterese. Das stabilisiert das Schalten am einzelnen Schaltpunkt:
- weniger unerwünschte Schaltvorgänge bei bewegtem Medium
- ruhigeres, stabileres Ausgangssignal
- höhere Prozesssicherheit bei Wellenbildung und Vibrationen
- zuverlässige Füllstandserfassung auch unter unruhigen Bedingungen
Merke: Die Auswahl des Reedkontakts entscheidet damit nicht nur über den Schaltpunkt, sondern über das Schaltverhalten der gesamten Sensorlösung.
Die anwendungsbezogene Schaltdifferenz/Schaltverhalten
Für reine Grenzwerte und Meldungen – Überfüllsicherung, Trockenlaufschutz, Voll- oder Leermeldung – genügt ein einzelner Schaltpunkt. Die bauteilbedingte Hysterese sorgt dort für ein sauberes Schalten.
Für eine Regelaufgabe reicht diese kleine Hysterese jedoch nicht. Soll ein Zustand über einen größeren Füllstandsbereich gehalten werden – etwa die Ein-/Aus-Regelung einer Pumpe –, legt man bewusst einen größeren Abstand zwischen Einschalt- und Ausschaltpunkt fest. Diese ausgelegte Schaltdifferenz ist deutlich größer als die Eigenhysterese und liegt je nach Aufgabe im Bereich von Millimetern bis Zentimetern.
Umgesetzt wird sie über mind. zwei Reedkontakte auf unterschiedlichen Höhen – je nach Schaltung über Schließer/Öffner oder Umschalter. Ein Punkt setzt das Signal, verharrt in seinem Schaltverhalten (bleibt geschlossen), der zweite Reedkontakt (z. B. am oberen Ende des Tanks) gibt ein zusätzliches Signal. Das Halten des Zustands zwischen beiden Niveaus übernimmt dabei die Zweipunktregelung in der Steuerung (z. B. Relais-Selbsthaltung oder SPS).
Zwei Schaltpunkte bilden die ausgelegte Schaltdifferenz.
Bei den Serien Miniatur (8 mm) und Standard (12 mm) sind bis zu vier Schaltpunkte auf einem Schaltrohr möglich – etwa für zusätzliche Ebenen wie Vollmeldung oder Trockenlaufschutz.
Bauteil-Hysterese und Schaltdifferenz im Vergleich
Beide Ebenen tragen zum stabilen Schaltverhalten bei – aber an unterschiedlicher Stelle. Die Übersicht ordnet sie ein:
| Merkmal | Bauteilbedingte Hysterese | Ausgelegte Schaltdifferenz |
|---|---|---|
| Ursprung | Reedkontakt (Ansprech-/Abfallwert) | konstruktive Auslegung über zwei Schaltpunkte |
| Größenordnung | wenige Millimeter | bis maximale Schaltrohrlänge |
| Beeinflussbar über | Reedkontakt/AW-Wert, Magnet, Schwimmergeometrie | Position und Anzahl der Schaltpunkte |
| Zweck | Flattern am einzelnen Schaltpunkt dämpfen | Takten bei Ein-/Aus-Regelung vermeiden |
| Zustand hält | der Kontakt (kurze Wegstrecke) | Zweipunktregelung in der Steuerung |
| Typische Anwendung | Grenzwert, Meldung, ruhiges Signal bei Wellen | Pumpensteuerung, Zweipunktregelung |
Schaltdifferenz richtig auslegen
Die Wahl der richtigen Schaltfunktion hängt von drei Faktoren ab: dem gewünschten Schaltverhalten, dem Sicherheitskonzept der Anlage und dem Verhalten bei Störung (Kabelbruch, Sensorausfall).
Worauf sich die Schalthöhe bezieht
Die angegebene Schalthöhe eines Schaltpunkts bezieht sich auf den Füllstand bei steigendem Pegel – also den Punkt, an dem der Kontakt beim Ansteigen schaltet. Bei einer Auslegung mit zwei Schaltpunkten geben Sie damit oberes und unteres Niveau getrennt an; ihr Abstand ist die Schaltdifferenz.
Abstand der Schaltpunkte und Mehrpunkt-Ausführung
Bei mehreren Schaltpunkten in einem Schaltrohr muss zwischen zwei benachbarten Punkten genug Platz bleiben – für den Schwimmerkörper selbst und für einen Sicherheitsabstand, damit sich benachbarte Schaltpunkte nicht gegenseitig beeinflussen. Mehr zur Spezifikation von Schaltpunkten finden Sie hier.
Nach Auflagefläche der Verschraubung (hier der Sechskant)
Kontaktflattern vermeiden
Flattern – auch Chatter genannt – ist das schnelle, wiederholte Öffnen und Schließen des Kontakts in kurzer Folge. Es ist eine häufige Betriebsstörung bei Schwimmerschaltern. Je nach Ebene hat es unterschiedliche Ursachen und unterschiedliche Gegenmaßnahmen schaffen Abhilfe:
Am einzelnen Schaltpunkt: Kleine Wellen oder Vibrationen bewegen den Schwimmer minimal um den Schaltpunkt. Ist die Eigenhysterese des Reedkontakts zu klein, schaltet er dabei mehrfach. Abhilfe schafft ein Reedkontakt mit ausreichend großer Eigenhysterese (hoher AW-Wert).
Bei einer Regelung: Wird an einem einzigen Niveau geregelt oder ist die Schaltdifferenz kleiner als die Pegelschwankung, überschreitet der Füllstand den bzw. die Schaltpunkte wiederholt. Abhilfe schafft eine ausreichend große Schaltdifferenz über zwei Schaltpunkte sowie eine ausreichend große Eigenhysterese am jeweiligen Reed-Kontakt.
Was Flattern mit dem Kontakt macht
Ein flatterndes System belastet den Reedkontakt stärker als der Normalbetrieb. Bei jeder Kontaktöffnung über etwa 5 V – besonders bei induktiven Lasten – entsteht ein Lichtbogen, der Kontaktmaterial abträgt. Unter 5 V sind dagegen über 10⁹ Schaltspiele erreichbar. Häufiges Flattern bedeutet also:
- erhöhter Kontaktverschleiß durch häufige Lichtbogenbildung
- verkürzte Lebensdauer des Kontakts bis hin zum Ausfall
- Störsignale in der Steuerung: SPS-Eingänge können den Signalregen nicht zuverlässig interpretieren
- häufiges Takten gesteuerter Aggregate (Pumpen, Ventile)
Gegenmaßnahmen
Passenden Reedkontakt wählen: bei bewegtem Medium einen Kontakt mit ausreichend großer Eigenhysterese (hoher AW-Wert), damit kleine Bewegungen nicht sofort umschalten.
Ausreichende Schaltdifferenz: die beiden Schaltpunkte so weit auseinanderlegen, dass die Schaltdifferenz die erwartete Pegelschwankung sicher übersteigt. Auch bei einer Auslegung mit zwei Schaltpunkten bleibt die Eigenhysterese des einzelnen Reedkontakts wichtig. Ist sie kleiner als die auftretenden Pegelschwankungen, kann der Kontakt bereits am einzelnen Schaltpunkt flattern – noch bevor die ausgelegte Schaltdifferenz ihre stabilisierende Wirkung entfalten kann.
Beruhigter Messbereich: ein Beruhigungsrohr um das Schaltrohr dämpft Wellen; Sensoren fernab von Einströmstellen montieren; das Schaltrohr möglichst senkrecht einbauen, damit der Schwimmer frei gleitet.
Entprellung in der Steuerung: eine zeitbasierte Entprellung in der SPS glättet das Signal, schützt aber nur die Steuerung – nicht den Kontakt. Sinnvoll als Ergänzung, nicht als Ersatz.
Häufige Fragen zur Hysterese beim Schwimmerschalter
Was ist Hysterese beim Schwimmerschalter?
Die Differenz zwischen Einschalt- und Ausschaltpunkt – der Abstand zwischen Schalten und Zurückschalten, in Millimetern. Beim Schwimmerschalter tritt sie auf zwei Ebenen auf: als kleine Eigenhysterese des Reedkontakts und als bewusst ausgelegte Schaltdifferenz über zwei Schaltpunkte.
Was ist der Unterschied zwischen bauteilbedingter Hysterese und Schaltdifferenz?
Die Bauteil-Hysterese ist die kleine, konstruktiv bedingte Eigenschaft des Reedkontakts (wenige Millimeter). Die Schaltdifferenz ist der bewusst größer ausgelegte Abstand zwischen zwei Schaltpunkten, den Sie für eine Regelaufgabe selbst festlegen. Beide sorgen für ein stabiles Schaltverhalten, wirken aber auf unterschiedlichen Ebenen.
Was bedeutet der AW-Wert – und warum setzt hlm hohe AW-Werte ein?
Der AW-Wert (Ampere-Windungen) beschreibt die magnetische Empfindlichkeit eines Reedkontakts. Ein hoher AW-Wert bedeutet geringere Empfindlichkeit und konstruktionsbedingt eine größere Eigenhysterese. hlm setzt überwiegend solche Kontakte ein, damit das Signal bei bewegtem Medium (Wellen, Vibration) ruhig bleibt.
Wann genügt ein Schaltpunkt, wann brauche ich zwei?
Für Grenzwerte und Meldungen – Überfüllsicherung, Trockenlaufschutz, Voll-/Leermeldung – genügt ein Schaltpunkt. Zwei Schaltpunkte braucht es für eine Ein-/Aus-Regelung: Der eine Punkt setzt das Signal, der zweite hebt es auf; ihr Abstand ist die Schaltdifferenz.
Warum schaltet mein Schwimmerschalter erst ein paar Millimeter später zurück?
Das ist die Eigenhysterese des Reedkontakts: Zum Einschalten ist ein etwas stärkeres Magnetfeld nötig (Ansprechwert) als zum Ausschalten (Abfallwert). Deshalb liegt der Rückschaltpunkt einige Millimeter unter dem Schaltpunkt – gewollt, denn das verhindert Flattern.
Wie groß sollte die Schaltdifferenz sein?
Sie sollte die maximal erwartete Pegelschwankung im Betrieb sicher übersteigen. Den Abstand legen Sie über die Position der beiden Schaltpunkte fest – abhängig von Behälter, Einströmung und Anwendung.
Ist Flattern ein Defekt des Schwimmerschalters?
Nein. Flattern ist ein Auslegungs- oder Auswahlthema – entweder eine zu kleine Eigenhysterese für das bewegte Medium oder eine zu kleine Schaltdifferenz bei der Regelung. Der Schalter verhält sich genau so, wie er soll.
Worauf bezieht sich die angegebene Schalthöhe?
Auf den Schaltpunkt bei steigendem Pegel – den Punkt, an dem der Kontakt beim Ansteigen schaltet. Bei zwei Schaltpunkten geben Sie oberes und unteres Niveau getrennt an.
Weiterführende Informationen
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Steigrohr, Schwimmerkörper, Schaltpunkte, Anschluss – wie das hlm-Baukastensystem aufgebaut ist.
Wir wählen Reedkontakt und Schaltpunkte passend für Sie aus.
Beschreiben Sie Einbausituation, Schwankungsverhalten und die gewünschten Schaltniveaus – hlm elektronik empfiehlt die passende Baureihe, wählt den Reedkontakt (AW-Wert) für ein ruhiges Signal und legt die Schaltpunkte so aus, dass Ihre Anlage stabil läuft.
