Magnetschalter aus Büroklammern

Easy · 20 min · Fast kostenlos

Ziel & Lerninhalt

Verstehe, wie ein Magnetfeld zwei ferromagnetische Kontakte zueinander zieht und so einen Stromkreis schließen kann.

  • Ferromagnetismus und Reed-Prinzip verstehen.
  • Einen Digitaleingang mit Pull-Up sauber auswerten (Schaltern entprellen).
  • Den Ansprechabstand des Magneten praktisch messen.

Erklärung & Wissen

Basic

Zwei Büroklammern liegen so dicht nebeneinander, dass sie sich fast berühren – aber eben nur fast. Sobald du einen Magneten nahe heranführst, werden die Klammern selbst kurz magnetisch. Das eine Ende wird zum Nordpol, das andere zum Südpol – und weil sich Nord und Süd anziehen, schnappen die Klammern zusammen. Damit ist der Stromkreis geschlossen. Nimmst du den Magneten weg, federt die natürliche Steifigkeit der Klammern sie wieder auseinander.

Medium

Ein echter Reed-Schalter besteht aus zwei dünnen Eisenzungen in einem evakuierten Glasröhrchen. Im Magnetfeld magnetisieren sie sich gegensinnig und ziehen sich an. Dein DIY-Nachbau funktioniert nach demselben Prinzip, ist aber prellfreudig und nicht 100% reproduzierbar. Schalte den Kontakt deshalb zwischen Digital-Pin und GND und aktiviere den internen Pull-Up (INPUT_PULLUP). Beim Magnetkontakt liest digitalRead() also LOW, ohne Magnet HIGH. Eine Mini-Entprellung (z.B. 20 ms Wartezeit nach erkannter Flanke) macht das Signal sauber.

Expert

Damit der Kontakt schließt, muss die magnetische Anziehungskraft die elastische Rückstellkraft der Klammern überwinden. Beides hängt von Abstand und Geometrie ab: Die Magnetkraft fällt mit ca. $1/r^3$ ab, die Federkraft der Klammern wächst linear mit der Auslenkung. Daraus ergibt sich eine klare Ansprechschwelle – aber auch eine Hysterese: Der Magnet muss zum Öffnen weiter weggezogen werden, als er zum Schließen herangeführt wurde. Will man das vermeiden, lötet man kurze Stahldraht-Stücke auf die Kontaktpunkte und biegt die Klammern so vor, dass sie im Ruhezustand mit minimaler Federkraft offen stehen.

Fun Fact

Der Reed-Kontakt wurde 1936 bei den Bell Telephone Laboratories erfunden – der Name kommt vom englischen Wort 'reed' (Schilfrohr), weil die dünnen Kontaktzungen wie zwei Halme aussehen.

Ferromagnetismus
Eigenschaft von Eisen, Nickel und Kobalt, sich im Magnetfeld selbst zu magnetisieren und vom Magnet angezogen zu werden. Im Inneren ferromagnetischer Materialien gibt es Bereiche ('Weißsche Bezirke'), in denen alle atomaren Magnete bereits parallel ausgerichtet sind. Ein äußeres Feld richtet diese Bezirke insgesamt aus → das Material wird selbst zum Magneten. Entfernt man das Feld, bleibt oft eine Restmagnetisierung (Remanenz) – deshalb können sich Büroklammern nach dem Sensor-Einsatz selbst leicht magnetisch anfühlen.
Reed-Kontakt
Industriell gefertigter magnetischer Schalter: zwei Eisenzungen im Glasröhrchen, die im Magnetfeld zusammenklappen. Inert-Gas-Füllung (oder Vakuum) verhindert Oxidation und Funkenerosion an den Kontakten – dadurch hält ein professioneller Reed-Schalter 10⁸–10⁹ Schaltspiele. Ansprechfeldstärke: wenige Millitesla. Anwendungen: Alarmanlagen (Tür-/Fensterkontakt), Fahrradtacho, Durchflussmesser.
INPUT_PULLUP
Software-Befehl, der den internen Pull-Up-Widerstand eines Mikrocontroller-Pins aktiviert. $\texttt{pinMode(pin, INPUT\_PULLUP)}$ aktiviert einen internen Widerstand von ca. 20–50 kΩ zwischen dem Pin und VCC. Das Ergebnis: offener Pin → HIGH, Taster/Schalter nach GND → LOW. Kein externer Widerstand nötig. Wichtig: Die Logik ist invertiert – 'kein Magnet' = HIGH, 'Magnet nah' = LOW.
Ansprechabstand
Die maximale Distanz, bei der ein Magnet den Sensor auslöst. Magnetfelder fallen mit ca. $1/r^3$ ab (Dipolfeld) – schon kleine Abstandsvergrößerungen schwächen das Feld stark. Typische Reed-Kontakte sprechen bei 5–30 mm an, je nach Magnet-Stärke. Dein DIY-Nachbau reagiert oft erst bei direktem Kontakt – das ist normal und kann durch stärkeren Neodym-Magneten verbessert werden.

Praktischer Aufbau: Büroklammer-Reed

Zwei Büroklammern als Kontakte, ein Magnet als Auslöser – Auswertung über den internen Pull-Up am Digitaleingang.

  • 2 Büroklammern (Stahl, nicht aus Kunststoff)
  • 1 kleiner Neodym-Magnet (Kühlschrankmagnet reicht oft nicht)
  • Stück Karton oder Styropor als Träger
  • Klebeband, Heißkleber
  • 2 Krokoklemmen

  1. Klammern gerade biegen

    Zieh beide Klammern zu zwei langen, geraden Drähten auseinander. Lege sie parallel mit minimalem Spalt nebeneinander – nicht berühren!

    Check: Beide Klammern sind weitgehend gestreckt, mit ca. 1–2 mm Lücke nebeneinander.

    Tipp: Lasse am Ende eine kleine Schlaufe zum Anklemmen stehen – das spart später Wackelkontakte.

  2. Träger fixieren

    Klebe die hinteren Enden der Klammern auf den Karton. Die vorderen, freien Enden bilden den Schaltspalt.

    Check: Klammern bleiben in Position, auch wenn du am Träger ziehst.

    Tipp: Heißkleber nur an den hinteren Enden – die freien Enden müssen sich noch leicht zueinander bewegen können.

  3. Mechanik manuell testen

    Halte den Magneten von oben in 1–2 cm Abstand über die freien Enden. Sie sollten zusammenklappen und beim Wegnehmen wieder federn. Erst dann weitermachen.

    Check: Mit dem Multimeter im Durchgangs-Modus piept es, sobald der Magnet nah ist.

    Tipp: Wenn nichts schaltet: Spalt zu groß. Klammern enger zusammenrücken oder stärkeren Magneten benutzen.

  4. An den Mikrocontroller anschließen

    Eine Klammer an GND, andere an Digital-Pin D2. Im Code pinMode(D2, INPUT_PULLUP).

    Check: Pin D2 wechselt klar zwischen HIGH (offen) und LOW (Magnet nah).

    Tipp: Kein externer Widerstand nötig – INPUT_PULLUP übernimmt das.

  5. Entprellen und auswerten

    Lade den Code, öffne den Monitor und beobachte das Signal beim Heranführen des Magneten.

    Check: Beim langsamen Nähern des Magneten erscheint genau eine 'OFFEN'/'GESCHLOSSEN'-Meldung, ohne Geflatter.

    Tipp: Die Klammern prellen mechanisch – eine 20–30 ms Wartezeit nach Flankenerkennung reicht.

Klammer 1 → GND, Klammer 2 → D2 mit aktiviertem INPUT_PULLUP.

// ProtoPeaks - Reed-Klammer
const int reedPin = 2;
bool lastState = HIGH;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(reedPin, INPUT_PULLUP);
}

void loop() {
  bool state = digitalRead(reedPin);
  if (state != lastState) {
    delay(25);                  // entprellen
    state = digitalRead(reedPin);
    if (state != lastState) {
      lastState = state;
      Serial.println(state == LOW ? "GESCHLOSSEN (Magnet)" : "OFFEN");
    }
  }
}
  • Klammern bleiben kleben, auch ohne Magnet. — Die Klammern haben sich selbst leicht aufmagnetisiert. Kurz auf eine Tischkante schlagen oder neue Klammern nehmen.
  • Schaltet nicht, egal wie nah der Magnet ist. — Plastik-beschichtete Klammern? Beschichtung an den Kontaktstellen abkratzen. Sonst stärkeren Neodym-Magneten verwenden.
  • Pin liest dauernd LOW oder HIGH. — INPUT_PULLUP nicht gesetzt → HIGH ist nicht stabil. Oder die Klammern berühren sich dauerhaft → Spalt erweitern.

Kurzzusammenfassung

Du hast einen echten berührungslosen Schalter aus zwei Büroklammern gebaut. Ein Magnet zieht die Klammerenden zusammen und schließt den Stromkreis – mit INPUT_PULLUP und Mini-Entprellung wird daraus ein sauberes digitales Signal.