Schwimmerschalter Schaltpunkt richtig spezifizieren
Wo genau soll der Schwimmerschalter schalten? Diese Frage klingt trivial – ist es aber nicht. Schalthöhe, Referenzpunkt, Schaltrichtung, Mindestabstände bei mehreren Punkten: Wer diese Parameter von Anfang an korrekt definiert, bekommt einen Sensor, der auf Anhieb passt.
Was ist der Schaltpunkt eines Schwimmerschalters?
Der Schaltpunkt eines Schwimmerschalters bezeichnet den definierten Füllstand, bei dem der Reed-Kontakt im Schaltrohr seinen Schaltzustand ändert – also öffnet, schließt oder umschaltet. Er wird als Schalthöhe in Millimetern angegeben und bei hlm elektronik ab der Auflagefläche der Verschraubung gemessen. Dieser Referenzpunkt ist der einzige reproduzierbare Ausgangspunkt für die Auslegung, unabhängig von Einbautiefe, Gewindetyp oder Flanschausführung.
Neben dem Schaltpunkt selbst gibt es immer auch einen Rückschaltpunkt: den Füllstand, bei dem der Kontakt in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Der Abstand zwischen Schalt- und Rückschaltpunkt wird als Hysterese bezeichnet und ist konstruktiv bedingt.
Schalthöhe – wie sie gemessen und angegeben wird
Die Schalthöhe ist der Abstand ab der Auflagefläche der Verschraubung (hier Sechskant) zum Schaltpunkt – also dem Füllstand, bei dem der Reed-Kontakt auslöst. Sie wird in Millimetern angegeben.
Warum die Auflagefläche der einzige korrekte Referenzpunkt ist
In der Praxis gibt es mehrere potenzielle Referenzpunkte: Oberkante Gewinde, Unterkante Flansch, Behälterboden, Kabelaustritt. Keiner davon ist als Auslegungsreferenz geeignet – denn keiner davon ist bei allen Einbausituationen reproduzierbar gleich definiert.
Die Auflagefläche der Verschraubung dagegen ist der definierte Punkt, an dem der Sensor gegenüber dem Behälter abdichtet. Er ist unabhängig von Einbautiefe, Gewindeüberstand und Montagepräzision – und damit der einzige Referenzpunkt, auf den sich Sensor und Konstruktion gleichermaßen beziehen können.
Schalthöhe korrekt angeben – Beispiel
Soll der Schwimmerschalter bei einem Füllstand von 60 mm unter der Auflagefläche schalten, lautet die Schaltpunktangabe: Schalthöhe = 60 mm. Dieser Wert gilt unabhängig davon, ob der Sensor senkrecht, waagerecht oder in einem Winkel eingebaut ist – die Schalthöhe ist immer der Abstand entlang der Schaltrohrachse.
Nach Auflagefläche der Verschraubung (hier der Sechskant)
Hinweis: Bei horizontalem Einbau wird die Schalthöhe in gleicher Weise ab der Auflagefläche angegeben.
Horizontale Schwimmerschalter haben eine andere Funktionsweise – sie reagieren auf den seitlichen Auftrieb, nicht auf Auf-/Abbewegung.
Diese Seite behandelt ausschließlich vertikale Einbaulagen.
Schaltrichtung – steigend oder fallend
Ein häufig übersehener Parameter bei der Schaltpunktangabe ist die Schaltrichtung: Soll der Reed-Kontakt bei steigendem Füllstand (Befüllung) oder bei fallendem Füllstand (Entleerung) auslösen?
Steigender Füllstand
Der Magnetschwimmer bewegt sich mit dem steigendem Medium nach oben. Beim Erreichen des Schaltpunkts löst der Magnet im Schwimmer den Reed-Kontakt aus. Typische Anwendung: Füllstandsmeldung, Überlaufschutz, Aktivierung einer Abpumpe.
Fallender Füllstand
Der Schwimmer bewegt sich mit dem fallenden Medium nach unten. Beim Unterschreiten des Schaltpunkts verlässt der Magnet den Reed-Kontakt, und der Kontakt kehrt in seine Ausgangsposition zurück – oder der Schwimmer betätigt einen unterhalb liegenden Kontakt von oben.
Typische Anwendung: Leerstandsmeldung, Trockenlaufschutz, Aktivierung einer Nachfüllpumpe.
Praxishinweis: Bei der Anfrage an hlm elektronik immer angeben, ob der Schaltpunkt beim Befüllen oder beim Entleeren aktiv werden soll.
Das beeinflusst die Auslegung der Hysterese und – kombiniert mit der Wahl von Schließer oder Öffner – das Gesamtverhalten des Sensors.
Hysterese – Schalt- und Rückschaltpunkt
Hysterese bezeichnet den Abstand zwischen Schaltpunkt und Rückschaltpunkt – dem Füllstand, bei dem der Reed-Kontakt in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Diese Differenz ist konstruktiv bedingt und verhindert Prellen: Der Schwimmer muss den Schaltpunkt um einen definierten Betrag über- bzw. unterschreiten, bevor der Kontakt reagiert – auch bei Wellen oder Turbulenzen im Behälter.
Die Hysterese ist bei hlm-Schwimmerschaltern durch die Magnetgeometrie im Schwimmerkörper und die Positionierung des Reed-Kontakts festgelegt. Für Anwendungen mit besonders hohen Anforderungen an Schaltgenauigkeit oder Chatter-Resistenz kann die Hysterese bei der Auslegung gezielt beeinflusst werden.
Der Reedkontakt schaltet bei steigendem und fallendem Füllstand nicht exakt an der gleichen Position.
Auslegungsbeispiel: Drei Schaltpunkte
In den Miniatur- und Standard-Serien von hlm elektronik sind bis zu vier Schaltpunkte in einem Sensor realisierbar – mit je einem eigenen Schwimmerkörper und Reed-Kontakt. Ob drei oder vier gewünschte Füllstandshöhen in einem Sensor realisierbar sind, hängt von Schwimmerabmessungen, Magnetfeldern, mechanischen Endanschlägen, Totbereichen und Schaltlogik ab – diese müssen gemeinsam betrachtet werden.
Mindestabstände zwischen den Schaltpunkten
Jeder Schwimmerkörper benötigt auf dem Schaltrohr einen eigenen, definierten Bewegungsraum. Stellringe begrenzen den Verfahrweg des Schwimmers nach oben und nach unten – der Schwimmer kann nicht vollständig an einem benachbarten Reed-Kontakt vorbeiführen.
Daraus ergibt sich: Der Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Schaltpunkten setzt sich zusammen aus:
- Schwimmerkörperhöhe der verwendeten Baureihe
- Sicherheitsabstand, damit der Magnet im Schwimmer den eigenen Reed-Kontakt sicher betätigt, ohne den benachbarten Kontakt zu beeinflussen (magnetische Entkopplung)
- Empfohlener Puffer bei Anwendungen mit Flüssigkeitsbewegungen, Strömung oder Vibration
Die konkreten Mindestabstandswerte sind baureihen- und herstellerabhängig und setzen sich zusammen aus Schwimmerkörperhöhe, Sicherheitsabstand für magnetische Entkopplung und einem empfohlenen Puffer für die jeweilige Anwendung.
Totbereiche T1 und T2
Bei Reed-Schwimmerschaltern gibt es zwei Bereiche im Schaltrohr, in denen konstruktionsbedingt keine Schaltpunkte platziert werden können: T1 am oberen Ende direkt unterhalb des Prozessanschlusses und T2 am unteren Ende des Schaltrohrs. In beiden Bereichen kann der Magnet im Schwimmer den Reed-Kontakt nicht erreichen – unabhängig von Hersteller oder Konfiguration.
Für die Auslegung bedeutet das:
- Der erste Schaltpunkt muss mindestens T1 unterhalb der Auflagefläche der Verschraubung liegen.
- Das Schaltrohr muss über den tiefsten Schaltpunkt hinaus um den Betrag T2 verlängert werden.
- Die nutzbaren Schaltpunkte liegen ausschließlich innerhalb der Grenzen, die T1 oben und T2 unten definieren.
Die konkreten T1- und T2-Werte sind baureihen- und herstellerabhängig.
Auslegungsbeispiel: Drei Schaltpunkte
Das folgende Beispiel zeigt eine typische Konfiguration eines hlm-Miniatur-Niveauschalters mit drei Reed-Kontakten und drei Schwimmerkörpern – etwa für eine Pumpensteuerung mit Trockenlaufschutz und Überfüllalarm. Da jeder Schwimmerschalter bei hlm individuell konfiguriert wird, sind die konkreten Schaltpunktabstände immer anwendungsspezifisch.
Beispielhafte Bestellbezeichnung: M-R5-K-K1-3-2-0-010
| Bezeichnung | Funktion | Schaltrichtung | Schaltpunktabstand | Schaltfunktion |
|---|---|---|---|---|
| U (Unten) | z. B. Pumpe aus / Trockenlaufschutz | Fallend | Kundenspezifisch | Schließer/Öffner |
| M (Mitte) | z. B. Pumpe ein | Steigend | kundenspezifisch (Abstand zu u) | Schließer |
| O (Oben) | z. B. Überfüllalarm | Steigend | kundenspezifisch (Abstand zu m) | Schließer |
Die Schaltpunktabstände werden ab der Auflagefäche der Verschraubung bzw. vom jeweils darunterliegenden Schaltpunkt angegeben. Die Bestellbezeichnung enthält die Abstände in der Reihenfolge u / m / o.
Was bei der Auslegung zu beachten ist:
- Schaltpunkt u ist der unterste Schaltpunkt. Das Schaltverhalten bei fallendem Niveau – Öffner oder Schließer – hängt vom gewünschten Fail-safe-Verhalten der Anlage ab und wird pro Schaltpunkt festgelegt.
- Der Abstand zwischen u und m definiert das Regelungsfenster der Pumpensteuerung. Er muss den baureihenabhängigen Mindestabstand überschreiten. Die konkreten Werte sind baureihen- und herstellerabhängig.
- Schaltpunkt o löst den Überfüllalarm aus. Der Abstand zu m wird so gewählt, dass ausreichend Reaktionszeit für die Abschaltlogik bleibt und der Mindestabstand für den obersten Schaltpunkt eingehalten wird.
- Schaltfunktion ändern: Durch Drehen des Schwimmers um 180° lässt sich Schließer und Öffner tauschen – ohne Konstruktionsänderung am Schaltrohr. Jeder Schaltpunkt benötigt einen eigenen Schwimmer.
- Bei induktiven oder kapazitiven Lasten: Kontaktschutz zwingend vorsehen (Freilaufdiode / RC-Glied).
Was hlm für eine vollständige Anfrage benötigt
Für die Auslegung eines Schwimmerschalters mit definierten Schaltpunkten benötigt hlm elektronik folgende Angaben:
Schaltpunkte und Geometrie
- Anzahl der Schaltpunkte
- Schalthöhe jedes Schaltpunkts in mm ab Auflagefläche der Verschraubung
- Schaltrichtung je Schaltpunkt: steigend (Befüllung) oder fallend (Entleerung)
- Gewünschte Schaltfunktion je Schaltpunkt: Schließer (NO) oder Öffner (NC)
- Einbausituation: verfügbare Schaltrohrlänge, Einbauwinkel, Behälterabmessungen
Medium und Prozess
- Medium, Dichte, Temperatur (Betrieb und mögliche Spitzen) sowie Druck
- Viskosität, Verschmutzungsneigung, magnetische Partikel im Medium
- Werkstoffanforderungen für medienberührende Teile: Schaltrohr, Schwimmer, Dichtung, Prozessanschluss
Elektrische Auslegung
- Elektrische Last je Kontakt: Spannung, Strom, Schaltleistung
- Art der Last (ohmsch, induktiv, kapazitiv) – bei induktiven Lasten Schutzbeschaltung erforderlich
- Anforderungen an Fail-safe: Ruhestromprinzip oder überwachte Widerstandsbeschaltung?
- Aderanzahl, Leiterquerschnitt, Kabeltyp und Aderkennzeichnung
Tipp: Wenn die genaue Schalthöhe noch nicht feststeht, reicht auch eine funktionale Beschreibung. Beispiel: „Pumpe abschalten wenn Behälter fast leer, Alarm bei Überfüllung“ – hlm berechnet die passenden Schalthöhen und prüft die mechanische Realisierbarkeit.
Häufige Fragen zur Schaltpunkt-Spezifikation
Ab welchem Referenzpunkt wird die Schalthöhe gemessen?
Die Schalthöhe wird bei hlm elektronik immer ab der Auflagefläche der Verschraubung gemessen – also ab dem Punkt, an dem der Prozessanschluss plan auf dem Behälter aufliegt. Diesen Referenzpunkt immer bei der Schaltpunkt-Angabe verwenden. Das ist der einzige reproduzierbare Referenzpunkt, der unabhängig von Einbautiefe, Gewindeüberstand und Montagepräzision ist. Angaben ab Behälterboden, Sensoroberkante oder Flanschunterkante führen zu falschen Schaltpunkten im eingebauten Zustand.
Was sind Stellringe und wozu dienen sie?
Stellringe sind Klemmelemente, die auf dem Schaltrohr positioniert werden und die Bewegung des Schwimmerkörpers mechanisch begrenzen. Sie legen fest, bis zu welchem Punkt sich der Schwimmer entlang des Schaltrohrs bewegen kann – und stellen damit sicher, dass der Schwimmerkörper an der gewünschten Schaltposition den im Schaltrohr fest verbauten Reed-Kontakt zuverlässig betätigt. Stellringe werden herstellerseitig montiert und sind Bestandteil des fertigen Sensors.
Wie weit müssen zwei Schaltpunkte mindestens voneinander entfernt sein?
Der Mindestabstand zwischen zwei benachbarten Schaltpunkten setzt sich zusammen aus der Schwimmerkörperhöhe der jeweiligen Baureihe und einem zusätzlichen Abstand X, der sicherstellt, dass der Magnet im Schwimmer den eigenen Reed-Kontakt zuverlässig betätigt – ohne den benachbarten Kontakt zu beeinflussen (magnetische Entkopplung). Bei Anwendungen mit Strömung oder Vibration empfiehlt sich ein weiterer Puffer. Die genauen Werte sind baureihenabhängig – hlm nennt diese bei der Anfrage.
Was ist der Unterschied zwischen Schaltpunkt und Rückschaltpunkt?
Der Schaltpunkt ist der Füllstand, bei dem der Reed-Kontakt seinen Zustand ändert – also öffnet oder schließt. Der Rückschaltpunkt ist der Füllstand, bei dem der Kontakt in seine Ausgangsposition zurückkehrt. Der Abstand zwischen beiden heißt Hysterese und ist konstruktiv bedingt. Bei einem Schließer (NO) liegt der Rückschaltpunkt unterhalb des Schaltpunkts bei steigendem Pegel – der Kontakt bleibt also so lange geschlossen, bis der Füllstand ausreichend gefallen ist.
Wie viele Schaltpunkte sind in einem Schwimmerschalter möglich?
In den Miniatur- und Standard-Serien von hlm elektronik sind bis zu vier Schaltpunkte je Sensor realisierbar. Ob vier Schaltpunkte im gewünschten Abstand realisierbar sind, hängt von der verfügbaren Schaltrohrlänge, den Mindestabständen zwischen den Schwimmern und den Totbereichen T1/T2 ab. hlm prüft die Realisierbarkeit im Rahmen der Anfrage.
Was bedeutet Schaltrichtung bei der Schaltpunkt-Angabe?
Die Schaltrichtung gibt an, ob der Schaltpunkt bei steigendem Füllstand (Befüllung, Schwimmer bewegt sich aufwärts) oder bei fallendem Füllstand (Entleerung, Schwimmer bewegt sich abwärts) aktiv werden soll. In Kombination mit der Wahl von Schließer oder Öffner ergibt sich daraus das Gesamtverhalten des Sensors. Eine vollständige Spezifikation enthält immer beide Angaben.
Kann der Schaltpunkt nach dem Einbau noch verändert werden?
Bei Standard-Ausführungen ist der Schaltpunkt werkseitig fest definiert und nicht für eine nachträgliche Verstellung im eingebauten Zustand vorgesehen. Wenn im Entwicklungsprozess Flexibilität benötigt wird, empfiehlt hlm elektronik die Anfrage eines Prototypen oder einer justierbaren Sonderausführung. Im Serienbetrieb ist der Schaltpunkt reproduzierbar und dokumentiert.
Wie hängen Totbereich und Schaltpunkt zusammen?
T1 bezeichnet den Totbereich am oberen Ende des Schaltrohrs direkt unterhalb des Prozessanschlusses, T2 den Totbereich am unteren Ende. In beiden Bereichen kann der Magnet im Schwimmer den Reed-Kontakt nicht erreichen. Der erste Schaltpunkt muss mindestens T1 unterhalb der Auflagefläche der Verschraubung liegen; das Schaltrohr muss über den tiefsten Schaltpunkt hinaus um T2 verlängert werden. Die nutzbaren Schaltpunkte liegen ausschließlich innerhalb dieser Grenzen.
Weiterführende Informationen
Reed-Technologie im Detail
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Form A, Form B, Form C erklärt – mit Praxisregeln für Steuerungs- und Sicherheitslogiken.
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Steigrohr, Schwimmerkörper, Schaltpunkte, Anschluss – wie das hlm-Baukastensystem aufgebaut ist.
Schaltpunkte definiert – wir legen den Sensor aus
Sie wissen, wo der Schwimmerschalter schalten soll – wir berechnen Schalthöhen, Mindestabstände und Schaltrohrlänge und liefern die passende Konfiguration. hlm elektronik fertigt als Hersteller seit 1988, Made in Germany, ab Stückzahl 1.
