BE1026605B1

BE1026605B1 - Relaismodul

Info

Publication number: BE1026605B1
Application number: BE20185624A
Authority: BE
Inventors: Benk Stefan; Ralf Hoffmann; Christian Adam
Original assignee: Phoenix Contact Gmbh & Co
Priority date: 2018-09-12
Filing date: 2018-09-12
Publication date: 2020-04-09
Also published as: WO2020052947A1; EP3850652A1; JP2022500826A; US20210313131A1; JP7185768B2; BE1026605A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Relaismodul 100 mit einem ersten Schaltungszweig 119, der einen ersten Kondensator 115 und ein zu dem ersten Kondensator 115 seriell verschaltetes erstes Relais 103 aufweist, einem zweiten Schaltungszweig 121, der einen zweiten Kondensator 117 und ein zu dem zweiten Kondensator 117 seriell verschaltetes zweites Relais 105 aufweist, einem Schaltelement 125, das zwischen dem ersten Schaltungszweig 119 und dem zweiten Schaltungszweig 121 angeordnet ist und einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist. Im ersten Schaltzustand des Schaltelements 125 sind der erste Schaltungszweig 119 und der zweite Schaltungszweig 121 in einer Parallelschaltung angeordnet. Im zweiten Schaltzustand des Schaltelements 125 sind das erste Relais 103 und das zweite Relais 105 in einer Reihenschaltung angeordnet. Das Schaltelement 125 ist ausgebildet, im Einschaltvorgang des Relaismoduls 100 von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu wechseln, um den Gesamtwiderstand des Relaismoduls 100 zu erhöhen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Relaismodul, insbesondere ein elektromagnetisches Relaismodul, und eine Anordnung mit einem elektromagnetischen Relaismodul.

Bei elektromagnetischen Relais besteht das Problem der Erwärmung aufgrund hoher Spulenströme, die zum Anziehen des Ankers von einer geöffneten Stellung in eine Haltestellung, zum Schließen des Relais, benötigt werden. Zum Anziehen der Anker ist eine minimale Ansprechdurchflutung notwendig. Zum Halten der Anker in geschlossenem Zustand ist eine im Vergleich hierzu geringere Haltedurchflutung notwendig. Da zum Anziehen ein stärkeres Magnetfeld und damit eine größere magnetische Durchflutung der Erregerspule als zum Halten des Ankers in der Haltestellung benötigt wird, sind Lösungen wünschenswert, die magnetische Durchflutung der Erregerspule nach Anziehen des Ankers in die Haltestellung und für den Zeitraum, in dem der Anker in der Haltestellung gehalten wird, herabzusetzen und somit die Leistung und folglich die Erwärmung des Relais, für den Zeitraum, in dem das Relais geschlossen gehalten wird, zu reduzieren. Eine bekannte Lösung besteht darin, die Versorgungsspannung mit einer Pulsweitenmodulation (PWM) zu belegen und hierüber den Spulenstrom für den gewünschten Zeitraum auf einen vorteilhaften Wert herabzusetzen. Für die PWM-Ansteuerung werden jedoch komplexe mikroelektronische Bauteile und entsprechend komplexe Schaltarchitekturen benötigt. Auch können durch die PWM elektromagnetische Auswirkungen auf die Umwelt entstehen, die unerwünscht sein können.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept für ein Relaismodul bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.

Die Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch ein Relaismodul gelöst wird, das ermöglicht, über eine Steigerung des Gesamtwiderstands des Relaismoduls nach dem vollständigen Anziehen der Relais, insbesondere der Relaisspulen beider Relais des Relaismoduls, bei unveränderter Versorgungsspannung, insbesondere konstanter und stabiler angelegter Spannung,

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BE2018/5624 den Spulenstrom zu verringern und damit die Relaisleistung beziehungsweise die elektrische Leistung und damit die Wärmeentwicklung bzw. die Wärmeverlustleistung herabzusetzen.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe durch ein elektromagnetisches Relaismodul gelöst, mit einem ersten Schaltungszweig, der einen ersten Kondensator und ein zu dem ersten Kondensator seriell verschaltetes erstes Relais aufweist, einem zweiten Schaltungszweig, der einen zweiten Kondensator und ein zu dem zweiten Kondensator seriell verschaltetes zweites Relais aufweist, einem Schaltelement, das zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig angeordnet ist und einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist. Im ersten Schaltzustand des Schaltelements sind der erste Schaltungszweig und der zweite Schaltungszweig in einer Parallelschaltung angeordnet. Im zweiten Schaltzustand des Schaltelements sind das erste Relais und das zweite Relais in einer Reihenschaltung angeordnet. Das Schaltelement ist ausgebildet, im Einschaltvorgang des Relaismoduls von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu wechseln, um den Gesamtwiderstand des Relaismoduls zu erhöhen.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass ein Relaismodul bereitgesellt werden kann, dessen Spulenleistung des ersten Relais bzw. zweiten Relais automatisch von einer Anzugsleistung, die erbracht werden muss, um jeweils den Anker aus einer geöffneten Stellung in die Haltestellung anzuziehen, auf eine geringere Halteleistung, die aufgebracht werden muss, um jeweils den Anker in der Haltestellung zu halten, herabgesetzt wird, sobald der erste Anker und der zweite Anker vollständig in die Haltestellung angezogen ist. Die Haltestellung des Relaismoduls kann hierbei so definiert sein, dass der erste Anker des ersten Relais und der zweite Anker des zweiten Relais geschlossen sind, sprich beide Relais vollständig durchgezogen haben.

Die Ausbildung des vorliegenden Relaismoduls mit zwei miteinander verschalteten Relais ermöglicht mittels einer Überführung der Schaltungsanordnung der zwei Relais von einer Parallelschaltung in eine Reihenschaltung der Relais den Gesamtwiderstand des Relaismoduls zu verändern, insbesondere zu erhöhen.

Durch das Schalten der Parallelschaltung des ersten Schaltungszweigs und des zweiten Schaltungszweigs in die Reihenschaltung des ersten Relais und des zweiten

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BE2018/5624 Relais wird somit der Gesamtwiderstand des Relaismoduls, insbesondere einer Kombination des ersten Relais und des zweiten Relais, erhöht.

Bei unveränderter Versorgungsspannung führt die Erhöhung des Gesamtwiderstands der seriell verschalteten ersten Relais und zweiten Relais wiederum zu einer Verringerung der durch das erste Relais und das zweite Relais fließenden Spulenströme. Ein verringerter Spulenstrom führt wiederum zu einer Herabsetzung der magnetischen Durchflutung der jeweiligen Relais und damit verbunden zu einer Herabsetzung des Magnetfelds in dem jeweiligen Relais.

Aufgrund der Niederohmigkeit des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators für den Zeitabschnitt, in dem sich das Schaltelement im ersten Schaltzustand befindet, der erste und der zweite Schaltungszweig parallel angeordnet sind und der erste Kondensator und der zweite Kondensator aufgeladen werden, sind Widerstände des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators für die Bestimmung der Gesamtwiderstands für diesen Zeitraum vernachlässigbar.

Der erste Kondensator und der zweite Kondensator sind wiederum derart dimensioniert, dass eine vollständige Aufladung des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators einem vollständigen Anziehen der Anker in die Haltestellung entspricht. Die Dimensionierung kann abhängig von der Betriebsspannung, dem Spulenwiderstand, d.h. dem Innenwiderstand, und der Induktivität sein. So kann ein Erreichen der nötigen Durchflutung zur Erreichung des Arbeitszustandes des Relaismoduls gewährleistet werden. Die Kondensatoren und Bauelemente des Schaltelements können so ausgelegt sein, dass die Umschaltung ohne einen zusätzlichen Schaltimpuls hervorgeht. Der Haltewert liegt typ. bei 50%, konservativ bei 60% Nennspannung.

Wird die Spulenspannung wieder null, schaltet das Schaltelement wieder von dem zweiten Schaltzustand in den ersten Schaltzustand.

Über das Herabsetzen der Durchflutung und damit das Herabsetzen der jeweiligen Spulenleistung jedes Relais, wird eine Verringerung der Wärmeentwicklung der Relais erreicht. Speziell bei Bauteilen mit geringer Baugröße ist aufgrund der geringen Wärmekapazität der Bauteile eine Reduzierung der Wärmeentwicklung vorteilhaft.

In einer Ausführungsform weist das Relaismodul eine Haltestellung auf, in der durch das erste Relais ein erster Anker angezogen ist und in der durch das zweite Relais ein

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BE2018/5624 zweiter Anker angezogen ist, und wobei das Schaltelement ausgebildet ist, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu wechseln, sobald das Relaismodul die Haltestellung eingenommen hat

Das Anziehen der Anker erfordert eine höhere Durchflutung, insbesondere eine Anfangsdurchflutung, als das Festhalten der Anker durch das jeweilige Relais. Zum Anziehen der Anker ist also eine höhere Leistung notwendig, als zum Halten der Anker. Nach dem Anziehen der Anker kann als die Durchflutung der Spulen der Relais reduziert werden. Der Schaltzeitpunkt des Schaltelements kann daher so gewählt werden, dass das Umschalten auf die Reihenschaltung der Relais erfolgt, sobald beide Anker angezogen sind. Der Strom reduziert sich bei gleicher Spannung aufgrund des erhöhten Gesamtwiderstands und die verwendete Leistung wird daher ebenfalls reduziert.

In einer Ausführungsform ist der erste Kondensator ausgebildet ist, im ersten

Schaltzustand des Schaltelements dem ersten Relais einen ersten Ladestrom bereitzustellen. Der zweite Kondensator ist ausgebildet, im ersten Schaltzustand des Schaltelements dem zweiten Relais einen zweiten Ladestrom bereitzustellen. Der erste Ladestrom ist geeignet, ein Anziehen und Halten des ersten Ankers zu bewirken und der zweite Ladestrom ist geeignet, ein Anziehen und Halten des zweiten Ankers zu bewirken.

Der Ladestrom der Kondensatoren kann ausreichen, um die Relais zu schalten. Das heißt, der Ladestrom der Kondensatoren reicht aus, um die Anfangsdurchflutung für das jeweilige Relais bereitzustellen. Durch die Kondensatoren lässt sich so ein Schaltzeitpunkt für das Schaltelement einstellen, das dann schaltet, wenn beide Anker angezogen sind.

In einer Ausführungsform ist das Relaismodul elektrisch mit einer Spannungsquelle verbindbar, die eingerichtet ist, eine konstante Spannung bereitzustellen, wobei der erste Schaltungszweig und der zweite Schaltungszweig an die Spannungsquelle anschließbar sind.

Die Spannungsquelle kann eine Gleichspannungsquelle sein, die eine konstante Spannung bereitstellt. Die Spannung kann beispielsweise 12V oder 24V betragen und so beide Relais mit einem entsprechenden Spannungswert betreiben. Die Spannung kann auch andere Werte aufweisen. Die Höhe der Spannung kann von einer

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BE2018/5624 Anwendung des Relaismoduls abhängig sein. Durch die Spannungsquelle kann der

Strom beim Umschalten in die Reihenschaltung aufgrund des dann erhöhten Gesamtwiderstands reduziert werden.

In einer Ausführungsform stellen der erste Kondensator den ersten Ladestrom und der zweite Kondensator den zweiten Ladestrom bereit, wenn die konstante Spannung an den ersten Schaltungszweig und an den zweiten Schaltungszweig angelegt wird.

Der erste Kondensator und der zweite Kondensator werden beim Anlegen der konstanten Spannung geladen. Die Spannung an den Kondensatoren nimmt hierbei zu. Der Ladestrom nimmt mit der Zeit ab. Der Ladestrom reicht jedoch aus, die Relais zu schalten.

In einer Ausführungsform umfasst der erste Schaltzustand des Schaltelements einen hohen Widerstand des Schaltelements im Vergleich zu dem Widerstand des Schaltelements im zweiten Schaltzustand umfasst und der zweite Schaltzustand des Schaltelements einen geringen Widerstand des Schaltelements im Vergleich zu dem Widerstand des Schaltelements im ersten Schaltzustand.

Ein hoher Widerstand kann einen Stromfluss durch das Schaltelement so weit begrenzen, dass dieser vernachlässigt werden kann. Wird der Widerstand reduziert, wird ein Stromfluss durch das Schaltelement erlaubt. Dies kann als Schaltvorgang angesehen werden.

In einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement eine Diode, wobei die Diode eingerichtet ist, bei Erreichen einer Durchlassspannung der Diode von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand überzugehen.

Das Schaltelement ist hier als Diode ausgeführt, welche bei Reihenschaltung der beiden Spulen in Durchflussrichtung bzw. Durchlassrichtung betrieben wird. Dabei kann das Umschalten von Parallel- auf Reihenschaltung durch den Spannungsunterschied zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig erfolgen. Dieser ist dabei mindestens gleich der Durchlassspannung der Diode. D.h., dass eine Spannung unterhalb der Durchlassspannung einem ersten Schaltzustand und eine Spannung in Höhe der Durchlassspannung oder höher dem zweiten Schaltzustand entspricht. Die Durchlassspannung entspricht der

Schwellspannung. Insbesondere meint der Begriff Durchlassspannung die Spannung,

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BE2018/5624 die im Dioden-Kennlinien-Diagramm abgelesen werden kann, wenn der scheinbar geradlinige Teil bis zur x-Achse verlängert wird.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement einfach fertigbar ist und der Schaltvorgang automatisch abläuft. Dabei setzt der Schaltvorgang des Schaltelements, der die Parallelschaltung des ersten Schaltungszweigs und des zweiten Schaltungszweigs in die Reihenschaltung des ersten Relais und des zweiten Relais überführt, ein, sobald der Spannungsunterschied zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig mindestens der Durchlassspannung der Diode entspricht. Darüber hinaus kann durch den zusätzlichen Spannungsabfall über der Diode und dem Vorwiderstand des Schaltelements im Schaltungszweig zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig der Strom in der Reihenschaltung des ersten Relais und des zweiten Relais weiter reduziert werden, sodass die Wärmeverluste durch die ersten und zweiten Erregerspulen ebenfalls verringert werden können.

Bei Verwendung einer Diode als Schaltelement wird bei festem Innenwiderstand und Spulendimensionierung der Relais der Schaltzeitpunkt durch die Kapazität der Kondensatoren, d.h. des ersten Kondensator und des zweiten Kondensators, bestimmt. Der Schaltzeitpunkt ergibt sich aus der Spannungsdifferenz im Mittelzweig der Schaltung. Zu Beginn ist diese gleich der angelegten Gesamtspannung, bei einem Blindwiderstand der Kondensatoren von Null. Durch Aufladen der Kondensatoren wird die zunächst negative Spannung zwischen erstem Schaltungszweig und zweitem Schaltungszweig vom Betrag her geringer, also gegen Null. Wird die Spannung positiv und größer, als die Durchlassspannung der Diode, schaltet die Diode.

In einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement wenigstens eine weitere Diode und/oder einen Vorwiderstand, um den Zeitpunkt des Übergangs von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu beeinflussen.

Durch mehrere Dioden in Reihe und/oder in Kombination mit einem Vorwiderstand zu der Diode zwischen dem ersten Schaltungszweig und dem zweiten Schaltungszweig kann der Schaltzeitpunkt variiert werden. Das heißt, das Relaismodul kann so angepasst werden, dass das Schaltelement zu einem gewünschten Zeitpunkt schaltet, relativ zu dem Schaltzustand der Relais. Durch den zusätzlichen Spannungsabfall über der Diode und dem Widerstand, kann der Strom in Reihenschaltung der Spulen weiter reduziert werden. Die Wärmeverluste können verringert werden. Der

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Vorwiderstand kann den Diodenstrom beim Abschalten der Relais und den

Haltestrom, d.h. den Betriebsstrom des Relaismoduls im Haltezustand begrenzen.

In einer Ausführungsform umfasst das Schaltelement einen Transistor, insbesondere einen Bipolartransistor odereinen Feldeffekttransistor, d.h. einen MOSFET.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass das Schaltelement als ein robustes Bauteil mit einer hohen Schaltgenauigkeit und Schaltverlässlichkeit ausgebildet ist.

In einer Ausführungsform ist der Transistor ein PNP-Bipolar-Transistor, oderein NPNBipolar-Transistor.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass nach Abschluss des Schaltvorgangs in der Reihenschaltung der ersten und zweiten Erregerspulen ein geringer Erregerstrom fließt. Durch einen PNP-Transistor kann sich der Strom in der Reihenschaltung auf die Hälfte reduzieren, im Vergleich zur Parallelschaltung. Dieser Effekt kann mit einem NPN-transistor noch verstärkt und somit der Strom weiter reduziert werden.

In einer Ausführungsform ist der Transistor ein MOSFET-Transistor.

Darüber hinaus ist der Transistor während des Schaltvorgangs stromlos, sodass das Auftreten einer Verlustleistung während des Schaltvorgangs am Schaltelement vermieden wird. Durch die Verwendung von Sperrdioden können hohe Abschaltströme vermieden und Spannungsspitzen genauer beurteilt werden. Die Verwendung eines MOSFET ist energiesparender als bei einem anderen Transistor, da kein Strom zum Steueranschluss des Transistors fließt. Auch können Spannungsspitzen an dem Spulen beim Abschalten des Transistors vermieden werden.

In einer Ausführungsform sind dem Transistor ein RC-Glied und ein Spannungsteiler vorgeschaltet, wobei über das RC-Glied und den Spannungsteiler eine Zeitkonstante definiert ist.

Hierdurch wird der technische Vorteil erreicht, dass mittels der Zeitkonstante des RCGlieds der Schaltzeitpunkt des Schaltelements auf den Zeitpunkt abgestimmt werden kann, zu dem die Anker vollständig in die Haltestellung angezogen sind, d.h. das

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BE2018/5624 Relaismodul den Haltezustand eingenommen hat. Hierzu weist das RC-Glied einen dritten Widerstand und einen dritten Kondensator auf. Der dritte Widerstand und der dritte Kondensator sind hierbei in ihrer Dimensionierung auf den ersten Kondensator und den zweiten Kondensator abgestimmt. Über die Zeitdauer der Aufladung des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators kann somit ein Zeitpunkt bestimmt werden, zu dem der Haltestellung erreicht ist. Über die Abstimmung der Dimensionierung des RC-Glieds im Hinblick auf das Verhältnis der Zeitkonstante des RC-Glieds zu der Zeitdauer der Aufladung des ersten Kondensators und des zweiten Kondensators kann folglich eine Abstimmung des Schaltzeitpunkts des Schaltelements mit dem Zeitpunkt des vollständigen Anziehens der Anker in der Haltestellung erreicht werden. Hierdurch wir der technische Vorteil erreicht, dass Spannungsspitzen an der zweiten Erregerspule vermieden werden.

In einer Ausführungsform ist dem Transistor eine Steuerung, insbesondere ein Mikrocontroller, vorgeschaltet ist, der eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines gemessenen Stroms in dem ersten Schaltungszweig und/oder dem zweiten Schaltungszweig einen Schaltzeitpunkt des Transistors zu bestimmen.

Durch eine Steuerung, wie einen Mikrocontroller, kann auch zu einem späteren Zeitpunkt, beispielsweise in einem Betrieb durch Umprogrammieren oder Einstellen der Steuerung ein Schaltzeitpunkt angepasst werden. Hierbei kann ein externer Spannungsimpuls von der Steuerung an den Transistor gegeben, der zum Schalten führt. Es werden die einzelnen Relaisströme gemessen, also die Ströme durch die Relais.

In einer Ausführungsform ist die Steuerung eingerichtet, eine Schaltspannung zum Schalten des Schaltelements bereitzustellen, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet, insbesondere einen vorbestimmten Grenzwert in dem ersten Schaltungszweig bzw. dem zweiten Schaltungszweig unterschreitet.

Hierbei wird der Ladestrom der Kondensatoren überwacht. Sinkt dieser nach einem Maximum auf den vorgegebenen Grenzwert, kann davon ausgegangen werden, dass die Relais erfolgreich den jeweiligen Anker angezogen haben. Der Ladestrom ist auch gleichzeitig der Strom, der durch die jeweilige Spule im ersten Schaltungszweig bzw. zweiten Schaltungszweig fließt.

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In einer Ausführungsform ist eine erste Sperrdiode zwischen dem ersten Relais und dem Schaltelement angeordnet, um einen Stromfluss von dem Schaltelement zu dem ersten Relais zu sperren und eine zweite Sperrdiode zwischen dem zweiten Relais und dem Schaltelement angeordnet ist, um einen Stromfluss von dem zweiten Relais zu dem Schaltelement zu sperren, um einen Abschaltstrom zu begrenzen.

Durch die Sperrdioden kann unerwünschter ein Stromfluss in durch die Relais verhindert werden. Insbesondere kann hierbei ein Abschaltstrom begrenzt werden.

In einer Ausführungsform ist das Relaismodul ein Sicherheitsrelaismodul ist, um eine sicherheitsrelevante Funktion zu erfüllen und wobei das erste Relais und das zweite Relais redundante Relais sind.

Eine sicherheitsrelevante Funktion kann eine Funktion sein, bei der auf die Sicherheit eines Benutzers eingewirkt wird. Beispielsweise kann ein Benutzer vor einem Stromschlag geschützt werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt wird die Aufgabe durch eine Anordnung mit einem elektromagnetischen Relaismodul der oben beschriebenen Art in einem Not-HaltSchalter oder einem Schutztürschalter oder einem Magnetschalter oder mit einem Lichtgitter gelöst.

Hierdurch kann die Sicherheit des jeweiligen Bauteils hoch gehalten werden und zusätzlich die Leistung des Relaismoduls wie oben beschrieben reduziert werden.

Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls gemäß einem

Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

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BE2018/5624 Fig. 4 ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls gemäß einem weiteren

Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 6 ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Anordnung mit einem Relaismodul gemäß einem Ausführungsbeispiel.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.

Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen.

Fig. 1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das elektromagnetische Relaismodul 100 umfasstein erstes Relais 103 und ein zweites Relais 105. Das erste Relais 103 weist einen ersten Innenwiderstand 107 und eine erste Spule 109 auf. Die erste Spule 109 ist eingerichtet, ein erstes Magnetfeld zu erzeugen und durch das erste Magnetfeld einen ersten Anker (in den Fig. nicht dargestellt) anzuziehen. Das zweite Relais 105 weist einen zweiten Innenwiderstand 111 und eine zweite Spule 113 auf. Die zweite Spule 113 ist eingerichtet, ein zweites Magnetfeld zu erzeugen und durch das zweite Magnetfeld einen zweiten Anker (in den Fig. ebenfalls nicht dargestellt) anzuziehen.

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BE2018/5624 Ist der erste Anker angezogen, so befindet sich das erste Relais 103 in einem Haltezustand. Ist der zweite Anker angezogen, so befindet sich das zweite Relais 105 in einem Haltezustand. Sind der erste Anker und der zweite Anker beide zur gleichen Zeit angezogen, so befindet sich das Relaismodul 100 in einem Haltezustand.

Das Relaismodul 100 weist einen ersten Kondensator 115 und einen zweiten

Kondensator 117 auf. Der erste Kondensator 115 ist in Reihe zu dem ersten Relais

103 geschaltet. Der erste Kondensator 115 und das erste Relais 103 sind in einem ersten Schaltungszweig 119 angeordnet. Der zweite Kondensator 117 ist in Reihe zu dem zweiten Relais 105 geschaltet. Der zweite Kondensator 117 und das zweite Relais 105 sind in einem zweiten Schaltungszweig 121 angeordnet. Der erste Schaltungszweig 119 und der zweite Schaltungszweig 121 sind parallel zueinander angeordnet.

Das Relaismodul 100 weist eine Spanungsquelle 123 auf. Die Spannungsquelle 123 ist eine Konstantspannungsquelle und eingerichtet eine konstante Spannung auszugeben. Das heißt, die Spannung wird auf einen Sollwert geregelt, falls Schwankungen in der bereitgestellten Spannung auftreten. Beispielsweise stellt die Spannungsquelle 123 eine konstante Spannung von 12V bereit. In einem weiteren Ausführungsbeispiel stellt die Spannungsquelle 119 eine andere konstante Spannung bereit, beispielsweise 24V. Der erste Spannungszweig 119 und der zweite Spannungszweig 121 sind elektrisch mit der Spannungsquelle 123 verbunden.

Durch Anlegen der konstanten Spannung durch die Spannungsquelle 123 wird ein Aufladen des ersten Kondensators 115 und des zweiten Kondensators 117 bewirkt. Durch das Aufladen des ersten Kondensators 115 fließt ein erster Ladestrom durch das erste Relais 103. Durch das Aufladen des zweiten Kondensators 115 fließt ein zweiter Ladestrom durch das zweite Relais 103.

Der erste Kondensator 115 ist derart dimensioniert, dass der erste Ladestrom geeignet ist, eine magnetische Durchflutung der ersten Spule und so ein entsprechendes Magnetfeld zu bewirken, das geeignet ist, den ersten Anker des ersten Relais 103 vollständig anzuziehen und so das erste Relais 103 in die Haltestellung zu versetzen. Der zweite Kondensator 115 ist derart dimensioniert, dass der zweite Ladestrom geeignet ist, eine magnetische Durchflutung der zweiten Spule und so ein entsprechendes Magnetfeld zu bewirken, das geeignet ist, den zweiten Anker des zweiten Relais 103 vollständig anzuziehen und so das zweite Relais 103 in

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BE2018/5624 die Haltestellung zu versetzen. Beide Kondensatoren 115, 117 sind so dimensioniert, dass der Ladestrom ausreicht, bei den verwendeten Spulen 109, 113 eine Anfangsdurchflutung zu erreichen, die jeweils ein Magnetfeld erzeugt, um den entsprechenden Anker anzuziehen.

Das Relaismodul 100 weist ein Schaltelement 125 auf. Das Schaltelement 125 ist zwischen dem ersten Schaltungszweig 119 und dem zweiten Schaltungszweig 121 derart angeordnet, dass das Schaltelement 125 zwischen dem ersten Relais 103 und dem ersten Kondensator 115 und zwischen dem zweiten Kondensator 119 und dem zweiten Relais 105 angeordnet ist. Das Schaltelement 125 weist einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand auf.

In dem ersten Schaltzustand des Schaltelements 125 ist das Schaltelement 125 geöffnet bzw. hochohmig, um einen Stromfluss von dem ersten Relais 103 zu dem zweiten Relais 105 durch das Schaltelement 125 zu unterbinden. Unterbinden kann hierbei so verstanden werden, dass der Stromfluss unterbrochen oder so stark begrenzt wird, dass er im Rahmen der üblichen Anwendung des Relaismoduls 100 zu vernachlässigen ist. In dem zweiten Schaltzustand des Schaltelements 125 ist der erste Schaltungszweig 119 elektrisch mit dem zweiten Schaltungszweig 121 durch das Schaltelement 125 verbunden, sodass ein elektrischer Strom durch das Schaltelement 125 fließen kann. Herbei ist das Schaltelement 125 geschlossen, bzw. niederohmig.

Mit Schalten des Schaltelements 125 in den zweiten Schaltungszustand wird die Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige 101, 102 in eine Reihenschaltung des ersten und zweiten Relais 103, 105 geschaltet. Das heißt, durch das Schaltelement 125 sind in dem zweiten Schaltzustand des Schaltelements 125 das erste Relais 103 und das zweite Relais 105 elektrisch in Reihe geschaltet.

Das Schaltelement 125 ist eingerichtet, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu schalten, wenn das Relaismodul 100 den Haltezustand erreicht, das heißt, sobald der erste Anker und der zweite Anker angezogen sind.

Der erste Kondensator 115 und der zweite Kondensator 117 sind zum Schaltzeitpunkt des Schaltelements 125 hochohmig und nicht Teil der Reihenschaltung des ersten Relais 103 und des zweiten Relais 105. Somit gewährleisten sie, dass ein primärer Strompfad entlang der Reihenschaltung des ersten Relais 103 und des zweiten Relais 105 verläuft.

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Mit Umschalten der Parallelschaltung der ersten und zweiten Schaltungszweige 101,

102 zur Reihenschaltung des ersten Relais 103 und des zweiten Relais 105 ist der Gesamtwiderstand des ersten Relais 103 und des zweiten Relais 105 erhöht. Dies hat eine Verringerung der Spulenströme, bei konstanter Spannung, die durch die Spannungsquelle gewährleistet wird, und eine damit verbundene Verringerung der magnetischen Durchflutung und der Magnetfelder des ersten Relais 103 und des zweiten Relais 105 zur Folge, wodurch die Verlustleistung des Relaismoduls 100 reduziert werden kann.

In Fig. 2 ist ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierbei umfasst das Schaltelement 125 eine Diode 201 und einen der Diode 201 seriell vorgeschalteten Vorwiderstand 203. Mittels der Diode 201 und dem seriell vorgeschalteten Vorwiderstand 203 ist der Zeitpunkt des Schaltvorgangs des Schaltelements 125, bei dem die Parallelschaltung des ersten Schaltungszweigs 119 und des zweiten Schaltungszweigs 121 in die Reihenschaltung des ersten Relais 103 und des zweiten Relais 105 überführt wird, an den Spannungsunterschied zwischen dem ersten Schaltungszweig 119 und dem zweiten Schaltungszweig 121 koppelbar. Das Schaltelement 125 schaltet demnach sobald der Spannungsunterschied zwischen dem ersten Schaltungszweig 119 und dem zweiten Schaltungszweig 121 der Durchlassspannung der Diode 201 entspricht.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel (in den Fig. nicht gezeigt) umfasst das Schaltelement 125 eine Mehrzahl seriell verschalteter Dioden. In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst das Schaltelement 125 zusätzlich eine Mehrzahl seriell vorgeschalteter Vorwiderstände. Hierdurch kann der Zeitpunkt des Schaltvorgangs des Schaltelements 125 im Vergleich zu der Schaltung mit lediglich einer Diode 201 und einem Vorwiderstand 203 verändert werden.

In Fig. 3 ist ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls 300 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierbei umfasst das Schaltelement 125 einen Transistor 301. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Transistor 301 ein PNPBipolartransistor. In einem weiteren Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen anderen Transistor, insbesondere einen NPN-Bipolartransistor.

Der Transistor 301 ist über den Basisanschluss mit einem Spannungsteiler 303, der einen ersten Widerstand 305 und einen zweiten Widerstand 307 umfasst. Der Transistor 301 ist zusätzlich überden Basisanschluss mit einem RC-Glied 309

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BE2018/5624 elektrisch verbunden, das einen dritten Widerstand 311 und einen dritten Kondensator 313 umfasst, verbunden. Über die Dimensionierung des RC-Glieds 309 und des ersten Widerstands 305 und des zweiten Widerstands 307 des Spannungsteilers 303 ist der Schaltzeitpunkt des Transistors 301 mit dem Zeitpunkt des vollständigen Anziehens des ersten Ankers und des zweiten Ankers abstimmbar, d.h. der Schaltzeitpunkt des Schaltelements 125 ist an das Erreichen des Haltezustands des Relaismoduls 100 koppelbar, insbesondere gekoppelt.

Im in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weisen der erste Schaltungszweig 119 zusätzlich eine erste Sperrdiode 315 und der zweite Schaltungszweig 121 eine zweite Sperrdiode 317 auf. Die erste Sperrdiode 315 und die zweite Sperrdiode 317 sind derart zwischen dem ersten Relais 103 und dem ersten Kondensator 115 bzw. dem zweiten Kondensator 117 und dem zweiten Relais 105 angeordnet, dass die erste Sperrdiode 315 und die zweite Sperrdiode 317 Teile der Reihenschaltung mit dem ersten Relais 104 und dem zweiten Relais 105 sind, wenn sich der Transistor im leitenden Zustand und das Schaltelement 103 sich damit im zweiten Schaltzustand befindet. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können eine oder beide Sperrdioden 115, 117 entfallen.

In Fig. 4 ist ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls 400 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Hierbei ist das Schaltelement 125, wie zu Fig. 3 beschrieben der Transistor 301. Ebenso weisen der erste Schaltungszweig 119 die erste Sperrdiode 315 und der zweite Schaltungszweig 121 die zweite Sperrdiode 317 auf.

Jedoch ist anstatt des Spannungsteilers 303 und des RC-Glieds 309 zur Steuerung des Schaltzeitpunktes des Transistors 301 eine Steuerung 401, insbesondere ein Mikrocontroller vorgesehen, der mit dem Basisanschluss des Transistors 301 verbunden ist und eingerichtet ist, über einen Ausgang der Steuerung ein Schaltsignal an den Basisanschluss des Transistors 301 zu senden. Hierdurch kann das Schaltelement 125, d.h. der Transistor 301, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand überführt werden.

Zur Bestimmung des Zeitpunkts zur Umschaltung des Schaltelements 125 umfasst die Schaltung gemäß dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel eine Strommesseinrichtung 403. Die Strommesseinrichtung 403 umfasst einen nicht

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BE2018/5624 dargestellten Strommesswiderstand. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der

Strom kontaktlos mittels einer Strommesszange gemessen.

Erreicht der gemessene Strom einen in der Steuerung hinterlegten Grenzwert, so erzeugt die Steuerung 401 ein Steuersignal und sendet das Steuersignal über einen Ausgang der Steuerung 401 an den Transistor 301, um den Transistor 301 zu

Schalten und das Schaltelement 125 so von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu versetzen.

Fig. 5 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls 500 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Relaismodul 500 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig.

entspricht dem Relaismodul 300 des Ausführungsbeispiels von Fig. 3. Jedoch ist der Transistor 301 ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein Metall-Oxid-HalbleiterFeldeffekttransistor, kurz MOSFET.

Der Spannungsteiler 303 und das RC-Glied 309 sind hierbei an den Gate-Anschluss des MOSFETs angeschlossen, um den Schaltzeitpunkt des Schaltelements 125 an den Übergang des Relaismoduls 100 in den Haltezustand anzupassen.

Fig. 6 zeigt ein Ersatzschaltbild eines Relaismoduls 600 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Das Relaismodul 600 gemäß dem Ausführungsbeispiel von Fig.

entspricht dem Relaismodul 400 des Ausführungsbeispiels von Fig. 4. Jedoch ist der Transistor 301 ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein Metall-Oxid-HalbleiterFeldeffekttransistor, kurz MOSFET.

Die Steuerung 401 ist hierbei an den Gate-Anschluss des MOSFETs angeschlossen, um den Schaltzeitpunkt des Schaltelements 125 an den Übergang des Relaismoduls 100 in den Haltezustand anzupassen.

Fig. 7 zeigt eine Anordnung 700. Die Anordnung 700 umfasst das Relaismodul 100 und einen Not-Halt-Schalter 701. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eines der Relaismodule 200, 300, 400, 500 oder 600 verbaut. In einem weiteren

Ausführungsbeispiel umfasst die Anordnung 700 das Relaismodul 100 und einen Schutztürschalter oder einen Magnetschalter oder ein Lichtgitter.

Das Relaismodul 100 ist so angeordnet, dass durch das Relaismodul 100 eine sicherheitsrelevante Funktion der Anordnung 700 erfüllt werden kann. Im gezeigten

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Ausführungsbeispiel wird durch den Not-Halt-Schalter 701 das Relaismodul 100 betätigt, um einen Stromkreis 703 zu unterbrechen. Der Stromkreis 703 ist in Fig. 7 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich teilweise dargestellt. Insbesondere kann der Stromkreis 703 in nicht dargestellten Teilen weitere Bauelemente umfassen oder an Maschinen angeschlossen sein. Hierbei unterbrechen das erste Relais 103 und das zweite Relais 105 den Stromkreis 703 redundant. Somit ist auch dann ein

Unterbrechen des Stromkreises 703 gewährleistet, sollte eines der beiden Relais 103,

105 eine Fehlfunktion aufweisen, wie beispielsweise einen klemmenden Anker.

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Bezugszeichenliste

100, 200, 300	Relaismodul
400, 500, 600	Relaismodul
103	erstes Relais
105	zweites Relais
107	erster Innenwiderstand
109	erste Spule
111	zweiter Innenwiderstand
113	zweite Spule
115	erster Kondensator
117	zweiter Kondensator
119	erster Schaltungszweig
121	zweiter Schaltungszweig
123	Spannungsquelle
125	Schaltelement
201	Diode
203	Vorwiderstand
301	Transistor
303	Spannungsteiler
305	erster Widerstand
307	zweiter Widerstand
309	RC-Glied
311	dritter Widerstand
313	dritter Kondensator
315	erste Sperrdiode
317	zweite Sperrdiode
401	Steuerung
403	Strommesseinrichtung
700	Anordnung
701	Not-Halt-Schalter
703	Stromkreis

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600), mit:

einem ersten Schaltungszweig (119), der einen ersten Kondensator (115) und ein zu dem ersten Kondensator (115) seriell verschaltetes erstes Relais (103) aufweist, einem zweiten Schaltungszweig (121), der einen zweiten Kondensator (117) und ein zu dem zweiten Kondensator (117) seriell verschaltetes zweites Relais (105) aufweist, einem Schaltelement (125), das zwischen dem ersten Schaltungszweig (119) und dem zweiten Schaltungszweig (121) angeordnet ist und einen ersten Schaltzustand und einen zweiten Schaltzustand aufweist, wobei im ersten Schaltzustand des Schaltelements (125) der erste Schaltungszweig (119) und der zweite Schaltungszweig (121) in einer Parallelschaltung angeordnet sind, und wobei im zweiten Schaltzustand des Schaltelements (125) das erste Relais (103) und das zweite Relais (105) in einer Reihenschaltung angeordnet sind, und wobei das Schaltelement (125) ausgebildet ist, im Einschaltvorgang des Relaismoduls (100, 200, 300, 400, 500, 600) von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu wechseln, um den Gesamtwiderstand des Relaismoduls (100, 200, 300, 400, 500, 600) zu erhöhen.
2. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach

Anspruch 1, wobei das Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) eine Haltestellung aufweist, in der durch das erste Relais (103) ein erster Anker angezogen ist und in der durch das zweite Relais (105) ein zweiter Anker angezogen ist, und wobei das Schaltelement (125) ausgebildet ist, von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand zu wechseln, sobald das Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) die Haltestellung eingenommen hat.
3. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach

Anspruch 2, wobei der erste Kondensator (115) ausgebildet ist, im ersten Schaltzustand des Schaltelements (125) dem ersten Relais (103) einen ersten Ladestrom bereitzustellen und der zweite Kondensator (117) ausgebildet ist, im ersten Schaltzustand des Schaltelements (125) dem zweiten Relais (105) einen zweiten

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BE2018/5624 Ladestrom bereitzustellen, wobei der erste Ladestrom geeignet ist, ein Anziehen und Halten des ersten Ankers zu bewirken und wobei der zweite Ladestrom geeignet ist, ein Anziehen und Halten des zweiten Ankers zu bewirken.
4. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) mit einer Spannungsquelle (123) verbindbar ist, die eingerichtet ist, eine konstante Spannung bereitzustellen, wobei der erste Schaltungszweig (119) und der zweite Schaltungszweig (121) an die Spannungsquelle (123) anschließbar sind.
5. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach den Ansprüchen 3 und 4, wobei der erste Kondensator (115) den ersten Ladestrom bereitstellt und der zweite Kondensator (117) den zweiten Ladestrom bereitstellt, wenn die konstante Spannung an den ersten Schaltungszweig (119) und an den zweiten Schaltungszweig (121) angelegt ist.
6. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Schaltzustand des Schaltelements (125) einen höheren Widerstand des Schaltelements (125) im Vergleich zu dem Widerstand des Schaltelements (125) im zweiten Schaltzustand umfasst und wobei der zweite Schaltzustand des Schaltelements (125) einen geringeren Widerstand des Schaltelements (125) im Vergleich zu dem Widerstand des Schaltelements (125) im ersten Schaltzustand umfasst.
7. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 6, wobei das Schaltelement (125) eine Diode (201) umfasst, wobei die Diode (201) eingerichtet ist, bei Erreichen einer Durchlassspannung der Diode (201) von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand überzugehen.
8. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei das Schaltelement (125) wenigstens eine weitere Diode und/oder einen Vorwiderstand (203) umfasst.
9. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Schaltelement (125) einen Transistor (301), insbesondere einen Bipolartransistor oder einen MOSFET, umfasst.

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10. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 9, wobei dem Transistor (301) ein RC-Glied (309) und ein Spannungsteiler (303) vorgeschaltet sind, durch die eine Zeitkonstante definiert ist.
11. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 9, wobei dem Transistor (301) eine Steuerung (401), insbesondere ein Mikrocontroller, vorgeschaltet ist, der eingerichtet ist, in Abhängigkeit eines gemessenen Stroms in dem ersten Schaltungszweig (119) oder dem zweiten Schaltungszweig (121) einen Schaltzeitpunkt des Transistors (301) zu bestimmen.
12. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach Anspruch 11, wobei die Steuerung (401) eingerichtet ist, eine Schaltspannung zum Schalten des Schaltelements (125) bereitzustellen, wenn der gemessene Strom einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet.
13. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei eine erste Sperrdiode (315) zwischen dem ersten Relais (103) und dem Schaltelement (125) angeordnet ist, um einen Stromfluss von dem Schaltelement (125) zu dem ersten Relais (103) zu sperren und eine zweite Sperrdiode (317) zwischen dem zweiten Relais (105) und dem Schaltelement (125) angeordnet ist, um einen Stromfluss von dem zweiten Relais (105) zu dem Schaltelement (125) zu sperren.
14. Elektromagnetisches Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) ein Sicherheitsrelaismodul ist, um eine sicherheitsrelevante Funktion zu erfüllen und wobei das erste Relais (103) und das zweite Relais (105) redundante Relais sind.
15. Anordnung mit einem elektromagnetischen Relaismodul (100, 200, 300, 400, 500, 600) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 in einem Not-Halt-Schalter (701) oder einem Schutztürschalter oder einem Magnetschalter oder mit einem Lichtgitter.