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Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung mit einer ersten und einer zweiten Lagerkomponente, zwischen denen wenigstens ein erster Freiheitsgrad gesperrt ist, umfassend eine erste Magnetanordnung, die der ersten Lagerkomponente zugehörig ist, und eine Supraleiteranordnung, die der zweiten Lagerkomponente zugehörig ist, wobei der erste Freiheitsgrad aufgrund einer kontaktlos kraftübertragenden Kopplung zwischen einem von der ersten Magnetanordnung bereitgestellten ersten Magnetfeld und der Supraleiteranordnung gesperrt ist.
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Die genannte Lagervorrichtung dient dazu, Bewegungen zwischen den beiden Lagerkomponenten in erwünschten Freiheitsgraden zu ermöglichen und in unerwünschten Freiheitsgraden zu verhindern. Freiheitsgrade, in denen eine Bewegung möglich ist, werden in diesem Zusammenhang als freigegebene Freiheitsgrade bezeichnet und Freiheitsgrade, in denen keine Bewegung möglich ist, als gesperrte Freiheitsgrade bezeichnet.
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Bei der genannten Lagervorrichtung handelt es sich beispielsweise um ein Linearlager, bei dem zwei Translationsfreiheitsgrade und drei Rotationsfreiheitsgrade gesperrt sind, ein Radiaxlager, bei dem zwei Rotationsfreiheitsgrade und drei Translationsfreiheitsgrade gesperrt sind, oder ein Festlager, bei dem alle Freiheitsgrade gesperrt sind.
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Bei der genannten Lagervorrichtung werden die freigegebenen bzw. gesperrten Freiheitsgrade zwischen den beiden Lagerkomponenten mittels einer kontaktlos kraftübertragenden Kopplung zwischen einer ersten Magnetanordnung und einer Supraleiteranordnung definiert. Die kontaktlos kraftübertragende Kopplung beruht insbesondere auf dem sogenannten Flux-Pinningbzw. dem Flussverankerungs-Effekt in einem Supraleiter. Dieser Effekt ermöglicht es, in einem Supraleiter eine bestimmte Flussdichteverteilung eines den Supraleiter durchdringenden Magnetfelds einzuprägen bzw. gewissermaßen einzuspeichern. Der Supraleiter nimmt dann relativ zu dem Magnetfeld eine Vorzugsposition ein, bei der die Flussdichteverteilung des den Supraleiter durchdringenden Magnetfelds mit der eingeprägten Flussdichteverteilung übereinstimmt bzw. die selbe Ausrichtung wie die eingeprägte Flussdichteverteilung aufweist.
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Die Einspeicherung einer Flussdichteverteilung in einen Supraleiter kann dadurch erfolgen, dass zunächst der Supraleiter in einer gewünschten räumlichen Position gegenüber einem Magnetfeld angeordnet wird, bei der das Magnetfeld den Supraleiter durchdringt. Der Supraleiter weist zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur oberhalb seiner Sprungtemperatur auf. Anschließend erfolgt eine Abkühlung des Supraleiters auf seine Sprungtemperatur oder darunter, wobei die Flussdichteverteilung des den Supraleiter durchdringenden Magnetfelds in der Supraleiteranordnung eingespeichert bzw. eingeprägt wird.
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Solange der Supraleiter auf oder unter seiner Sprungtemperatur gehalten wird, ist der Supraleiter bestrebt, die Übereinstimmung zwischen seiner eingespeicherten Flussdichteverteilung und der Flussdichteverteilung des ihn durchdringenden Magnetfelds beizubehalten. Die Supraleiteranordnung nimmt relativ zu dem Magnetfeld eine Position ein, bei der sich die Flussdichteverteilung des Magnetfelds und die eingeprägte Flussdichteverteilung entsprechen.
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Zur Nutzung des beschriebenen Effekts eignen sich insbesondere Supraleiter zweiter Art, wie z.B. keramische Hochtemperatursupraleiter. Als Beispiele für derartige Supraleiter seien hier YBaCuO (Yttrium-Barium-Kupferoxid) und BiSrCaCuO (Bismut-Strontium-Kalzium-Kupferoxid) genannt.
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In der eingangs genannten Lagervorrichtung wird die kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen der Supraleiteranordnung und der ersten Magnetanordnung derart eingesetzt, dass zwischen der Supraleiteranordnung und der ersten Magnetanordnung wenigstens ein Freiheitsgrad gesperrt ist. Zu diesem Zweck ist in einem Supraleiter der Supraleiteranordnung eine Flussdichteverteilung eingespeichert, die der Flussdichteverteilung eines von der ersten Magnetanordnung erzeugten Magnetfelds entspricht. Insbesondere ist dabei die eingespeicherte Flussdichteverteilung bzw. die Flussdichteverteilung des erzeugten Magnetfelds in Richtung des gesperrten Freiheitsgrads inhomogen, so dass die Supraleiteranordnung in dieser Richtung gegenüber der ersten Magnetanordnung nicht frei bewegt werden kann.
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Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lagervorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die flexibel eingesetzt werden kann.
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Diese Aufgabe wird anhand der im Kennzeichen des Anspruchs 1 definierten Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß ist die Lagervorrichtung ausgebildet, das erste Magnetfeld abschnittsweise zu verändern, um so den wenigstens einen gesperrten Freiheitsgrad freizugeben und/oder einen zweiten Freiheitsgrad zwischen den beiden Lagerkomponenten zu sperren.
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Auf diese Weise ist es möglich, die Art der Lagerung zwischen den beiden Lagerkomponenten je nach Bedarf zu verändern bzw. einen weiteren Freiheitsgrad zu sperren oder einen Freiheitsgrad freizugeben. Folglich kann ein und dieselbe Lagervorrichtung verschiedene Lagerungen bereitstellen und somit sehr flexibel eingesetzt werden. Insbesondere kann die Lagervorrichtung dabei zwischen unterschiedlichen Lagerungsarten umgeschaltet werden.
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Erfindungsgemäß findet dabei jeweils nur eine abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds statt – d.h. dass nur ein bestimmter Abschnitt bzw. bestimmte Abschnitte des ersten Magnetfelds verändert werden. Der restliche Teil des ersten Magnetfelds kann unverändert bleiben und somit nach wie vor die kontaktlos kraftübertragende Kopplung mit der Supraleiteranordnung bereitstellen.
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Neben dem genannten ersten Freiheitsgrad können dabei noch weitere Freiheitsgrade zwischen der ersten Lagerkomponente und der zweiten Lagerkomponente gesperrt sein und auch bei der abschnittsweisen Veränderung des ersten Magnetfelds gesperrt bleiben. Diese weiteren Freiheitsgrade können dabei insbesondere ebenfalls durch die kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen der Supraleiteranordnung und dem ersten Magnetfeld gesperrt sein.
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Wie nachstehend im Detail erläutert, können verschiedene Vorgehensweisen eingesetzt werden, um das erste Magnetfeld abschnittsweise zu verändern. So kann beispielsweise eine Verschwenkung/Verschiebung von Magnetabschnitten, eine Ein- bzw. Abschaltung von Elektromagneten, eine Bereitstellung von destruktiv interferierenden Magnetfeldern oder eine Einbringung von Abschirmelementen verwendet werden, um das erste Magnetfeld abschnittsweise zu verändern.
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Wie außerdem nachstehend im Detail erläutert, kann der bei der abschnittsweisen Veränderung des ersten Magnetfelds veränderte bzw. zu verändernde Magnetfeldabschnitt an einer bestimmten Position relativ zur Supraleiteranordnung angeordnet sein. So kann der veränderte bzw. zu verändernde Magnetfeldabschnitt beispielsweise auf einem Verschiebeweg der Supraleiteranordnung entweder unmittelbar vor oder hinter der Supraleiteranordnung angeordnet sein. Ferner kann der veränderte bzw. zu verändernde Magnetfeldabschnitt neben dem Verschiebeweg in einem Kollisionsbereich der Supraleiteranordnung angeordnet sein. Zudem ist es auch möglich, dass der veränderte bzw. zu verändernde Magnetfeldabschnitt derart angeordnet ist, dass er einen Kopplungsbereich der Supraleiteranordnung durchdringt.
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Vorzugsweise stellt die erste Magnetanordnung die erste Lagerkomponente dar oder ist an dieser befestigt, und die Supraleiteranordnung stellt die zweite Lagerkomponente dar oder ist an dieser befestigt.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Vorzugsweise ist die Lagervorrichtung ausgebildet, sich durch die Freigabe des ersten gesperrten Freiheitsgrads und/oder die Sperrung des zweiten Freiheitsgrads von einer ersten Lagerart in eine zweite Lagerart umzuwandeln.
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Insbesondere ist die Lagervorrichtung dabei ausgebildet, durch die Freigabe des ersten Freiheitsgrads die Funktion eines Linearlagers, Radiallagers, oder Radiaxlagers anzunehmen. Beispielsweise kann die Lagervorrichtung zunächst die Funktion eines Festlagers aufweisen und anschließend durch die Freigabe eines gesperrten Freiheitsgrads die Funktion eines Linearlagers, Radiallagers, oder Radiaxlagers annehmen.
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Die Lagervorrichtung kann dabei auch ausgebildet sein, durch die Sperrung des zweiten Freiheitsgrads die Funktion eines Festlagers anzunehmen. Beispielsweise kann die Lagervorrichtung zunächst die Funktion eines Linearlagers, Radiallagers, oder Radiaxlagers aufweisen und anschließend durch die Sperrung eines weiteren Freiheitsgrads die Funktion eines Festlagers annehmen.
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Zweckmäßigerweise ist die Lagervorrichtung ausgebildet, zur Freigabe des ersten gesperrten Freiheitsgrads und/oder zur Sperrung des zweiten Freiheitsgrads einen oder mehrere Abschnitte des ersten Magnetfelds zu verändern und den restlichen Teil des ersten Magnetfelds unverändert zu lassen.
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Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die erste Magnetanordnung einen ersten Magnetabschnitt und einen zweiten Magnetabschnitt und die Lagervorrichtung ist ausgebildet, die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds durch ein Verschwenken und/oder Verschieben des ersten Magnetabschnitts zu bewirken.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die erste Magnetanordnung einen ersten Elektromagneten und die Umschalteinrichtung ist ausgebildet, die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds durch ein selektives Ein- oder Ausschalten des ersten Elektromagneten zu bewirken.
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Zweckmäßigerweise umfasst die Umschalteinrichtung eine zweite Magnetanordnung und ist ausgebildet, die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds durch eine abschnittsweise destruktive Interferenz mit einem von der zweiten Magnetanordnung bereitgestellten zweiten Magnetfelds zu erzielen.
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Insbesondere ist die Umschalteinrichtung ausgebildet, die abschnittsweise destruktive Interferenz durch ein Verschwenken und/oder Verschieben der zweiten Magnetanordnung zu bewirken.
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In weiterer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die zweite Magnetanordnung wenigstens einen zweiten Elektromagneten umfasst und die Umschalteinrichtung ausgebildet ist, die abschnittsweise destruktive Interferenz durch ein selektives Ein- oder Ausschalten des zweiten Elektromagneten zu bewirken.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die Umschalteinrichtung ein magnetfeldleitendes und/oder ein diamagnetisches Abschirmelement und ist ausgebildet, die abschnittsweise Veränderung des bereitgestellten Magnetfelds durch ein Verschwenken und/oder Verschieben des Abschirmelements zu bewirken.
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Insbesondere definiert die erste Magnetanordnung einen Verschiebeweg für die Supraleiteranordnung und die Lagervorrichtung ist ausgebildet, zur Freigabe des ersten Freiheitsgrads und/oder Sperrung des zweiten Freiheitsgrads einen Abschnitt des ersten Magnetfelds auf und/oder neben dem Verschiebeweg unmittelbar vor und/oder unmittelbar hinter der Supraleiteranordnung zu verändern.
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Bevorzugt umfasst die erste Magnetanordnung eine Vielzahl von ersten Magnetabschnitten, die den Verschiebeweg definieren und jeweils verschwenkbar und/oder verschiebbar ausgebildet sind, und die Lagervorrichtung ist ausgebildet, einen auf dem Verschiebeweg unmittelbar vor der Supraleiteranordnung und/oder einen auf dem Verschiebeweg unmittelbar hinter der Supraleiteranordnung befindlichen ersten Magnetabschnitt zu verschwenken und/oder verschieben, um so die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds zur Freigabe des gesperrten ersten Freiheitsgrads und/oder zur Sperrung eines zweiten Freiheitsgrads zu bewirken.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weist die Supraleiteranordnung einen Kopplungsbereich auf, der derart ausgebildet ist, dass er mit einem bei der abschnittsweisen Veränderung des ersten Magnetfelds veränderten Magnetfeldabschnitt eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung eingehen kann, so dass der zweite Freiheitsgrad gesperrt wird.
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Insbesondere weist die Supraleiteranordnung dabei zwei Kopplungsbereiche auf, nämlich einen Kopplungsbereich, der mit einem ersten Abschnitt des ersten Magnetfelds derart gekoppelt ist, dass der erste Freiheitsgrad gesperrt ist, und einen weiteren Kopplungsbereich, der mit einem bei der abschnittsweisen Veränderung des ersten Magnetfelds veränderten zweiten Magnetfeldabschnitt gekoppelt werden kann, so dass der zweite Freiheitsgrad gesperrt ist.
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Vorzugsweise ist der genannte weitere Kopplungsbereich derart ausgebildet und/oder relativ zur ersten Lagerkomponente bzw. zur ersten Magnetanordnung angeordnet, dass er die beschriebene Kopplung nur dann eingeht, wenn das erste Magnetfeld abschnittsweise verändert worden ist. D.h., dass der weitere Kopplungsbereich ausgebildet ist, keine Kopplung mit dem unveränderten ersten Magnetfeld einzugehen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der zweite Freiheitsgrad ein Rotationsfreiheitsgrad.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt
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1a eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in einem Zustand, in dem wenigstens ein erster Freiheitsgrad gesperrt ist,
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1b eine schematische Draufsicht auf die Lagervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Zustand, in dem ein in der 1a freigegebener zweiter Freiheitsgrad gesperrt ist,
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1c eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer Variante der ersten Ausführungsform in einem Zustand, in dem wenigstens ein erster Freiheitsgrad gesperrt ist,
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1d eine schematische Draufsicht auf die Lagervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform in einem Zustand, in dem ein in der 1c freigegebener zweiter Freiheitsgrad gesperrt ist,
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1e eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer weiteren Variante der ersten Ausführungsform,
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2a eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, bei welcher eine abschnittsweise Veränderung eines Magnetfelds auf zwei Seiten einer Supraleiteranordnung erfolgen kann,
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2b eine schematische Draufsicht auf die Lagervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform, wobei ein in der 2a freigegebener zweiter Freiheitsgrad gesperrt ist.
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3a eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei eine abschnittsweise Veränderung eines Magnetfelds durch einen ersten Elektromagneten erfolgt,
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3b eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der dritten Ausführungsform,
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3c eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer weiteren Ausgestaltung der dritten Ausführungsform,
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4a eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform, wobei ein erster Magnetabschnitt mittels eines Drehantriebs verschwenkt werden kann,
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4b eine schematische Seitenansicht der Lagervorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform,
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5a eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform, wobei eine abschnittsweise Veränderung des Magnetfelds mittels einer destruktiven Interferenz bewirkt wird,
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5b eine schematische Seitenansicht der Lagervorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform,
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6a eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform, bei welcher eine abschnittsweise Veränderung des Magnetfelds mittels einer Einbringung eines Abschirmelements erfolgt,
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6b eine schematische Seitenansicht der Lagervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform,
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7a eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform, in einem Zustand, in dem wenigstens ein erster Freiheitsgrad gesperrt ist,
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7b eine schematische Draufsicht auf die Lagervorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform in einem Zustand, in dem ein zweiter Freiheitsgrad gesperrt ist,
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8a eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform, in einem Zustand, in dem wenigstens ein erster Freiheitsgrad gesperrt ist,
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8b eine schematische Draufsicht auf die Lagervorrichtung gemäß der achten Ausführungsform in einem Zustand, in dem ein zweiter Freiheitsgrad gesperrt ist,
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8c eine schematische Draufsicht auf eine Lagervorrichtung gemäß einer Variante der achten Ausführungsform.
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In der nachstehenden Figurenbeschreibung werden für funktionsgleiche Komponenten der dargestellten Ausführungsformen jeweils gleiche Bezeichnungen verwendet, wobei auf eine mehrfache Beschreibung funktionsgleicher Komponenten verzichtet wird.
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Die 1a und 1b zeigen eine Lagervorrichtung 10A gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Lagervorrichtung 10A umfasst eine erste und eine zweite Lagerkomponente 1 und 2, zwischen denen wenigstens ein erster Freiheitsgrad 3 gesperrt ist.
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Der erste Freiheitsgrad 3 entspricht im gezeigten Beispiel einem Translationsfreiheitsgrad in der y-Richtung. Die y-Richtung wird im Folgenden auch als Querrichtung bezeichnet. Die Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene der 1a wird ferner als z-Richtung oder Höhenrichtung bezeichnet und die in der 1a angezeigte x-Richtung wird im Folgenden auch als Bewegungsrichtung bezeichnet.
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Die erste Lagerkomponente 1 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als eine erste Magnetanordnung 4 ausgebildet. Die erste Magnetanordnung 4 ist dabei bahnförmig ausgestaltet und definiert in Richtung eines zweiten Freiheitsgrads 15 einen Verschiebeweg 14, entlang dem die zweite Lagerkomponente 2 verschoben werden kann. Die erste Magnetanordnung 4 erzeugt ein erstes Magnetfeld, das auf die zweite Lagerkomponente 2 wirkt bzw. diese durchdringt. Die erste und die zweite Lagerkomponente 1 und 2 sind dabei insbesondere in z-Richtung voneinander beabstandet.
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Die erste Magnetanordnung 4 kann aus einem einzelnen Magnetelement, wie beispielsweise einem Permanentmagneten ausgebildet sein. Vorzugsweise ist der Permanentmagnet ein Stabmagnet. Die erste Magnetanordnung 4 kann ferner eine Vielzahl von Magnetelementen, wie beispielsweise Permanentmagneten umfassen. Die Permanentmagnete sind insbesondere derart ausgebildet und/oder angeordnet, dass sich in Richtung des Freiheitsgrads 15 ein homogenes Magnetfeld ergibt. Zu diesem Zweck können die Permanentmagnete beispielsweise äquidistant zu der zweiten Lagerkomponente 2 angeordnet sein. Die Magnetanordnung kann aus Bandmaterial oder Voll- bzw. Bulkmaterial bestehen.
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Die zweite Lagerkomponente 2 ist als Supraleiteranordnung 5 ausgebildet. Die Supraleiteranordnung 5 ist in der bereits vorstehend beschriebenen Weise kontaktlos kraftübertragend mit dem ersten Magnetfeld gekoppelt. Insbesondere ist dabei die Flussdichteverteilung des ersten Magnetfelds und die in der Supraleiteranordnung 5 eingeprägte Flussdichteverteilung in Richtung des Freiheitsgrads 3 inhomogen, so dass die Supraleiteranordnung 5 in diese Richtung relativ zur ersten Magnetanordnung 4 nicht frei bewegt werden kann. Der Freiheitsgrad 3 ist somit zwischen der ersten Magnetanordnung 4 und der Supraleiteranordnung 5 gesperrt.
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Die Supraleiteranordnung 5 kann aus einem einzigen Supraleiterelement bestehen. Vorzugsweise weist das Supraleiterelement dabei die Form einer Platte auf, deren größte Oberfläche insbesondere parallel zur Bewegungsrichtung ausgerichtet ist.
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Die Magnetanordnung kann aus Bandmaterial oder Voll- bzw. Bulkmaterial bestehen.
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Die erste Magnetanordnung 4 umfasst einen ersten Magnetabschnitt 7 und einen zweiten Magnetabschnitt 8. Der zweite Magnetabschnitt 8 liegt im selben x-y-Bereich wie die Supraleiteranordnung 5. Als x-y-Bereich soll in diesem Zusammenhang derjenige räumliche Bereich bezeichnet werden, der innerhalb bestimmter x- und y-Koordinaten liegt. Die z-Koordinate ist dabei nicht festgelegt.
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Der von dem zweiten Magnetabschnitt 8 erzeugte Magnetfeldabschnitt ist kontaktlos kraftübertragend mit der Supraleiteranordnung 5 gekoppelt.
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Der erste Magnetabschnitt 7 befindet sich nicht im selben xy-Bereich wie die Supraleiteranordnung 5.
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In dem in der 1a gezeigten Beispiel kann die Supraleiteranordnung 5 relativ zur Magnetanordnung 4 entlang dem Verschiebeweg 14 bzw. dem Freiheitsgrad 15 verschoben werden. Zu diesem Zweck sind insbesondere die Flussdichteverteilung des ersten Magnetfelds und die in der Supraleiteranordnung 5 eingeprägte Flussdichteverteilung in Richtung des Freiheitsgrads 15 homogen ausgestaltet.
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Der vorstehend genannte Magnetabschnitt 7 kann relativ zur Supraleiteranordnung 5 verschwenkt werden, um so einen zweiten Freiheitsgrad 15 wahlweise zu sperren oder freizugeben, und auf diese Weise die Funktion bzw. die Lagerart der beschriebenen Lagervorrichtung gewissermaßen umzuschalten.
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Zu diesem Zweck kann der Magnetabschnitt 7 derart verschwenkt werden, dass eine Bewegung der Supraleiteranordnung 5 relativ zu der ersten Magnetanordnung 4 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 zu blockiert wird. Die 1b zeigt die Lagervorrichtung 10 in einem Zustand, in dem der erste Magnetabschnitt 7 derart verschwenkt ist und somit den zweiten Freiheitsgrad 15 sperrt.
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Der erste Magnetabschnitt 7 kann dabei mittels einer in den 1a und 1b nicht gezeigten Antriebsvorrichtung in der beschriebenen Weise verschwenkt werden.
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Im gezeigten Beispiel wird der erste Magnetabschnitt 7 um eine zur z-Richtung parallele Drehachse verschwenkt. Die Verschwenkung kann auch um eine andere Drehachse erfolgen, so lange die von dem Magnetabschnitt 7 bereitgestellte Flussdichteverteilung nach der Verschwenkung inhomogen in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 ist. Im gezeigten Beispiel wird der erste Magnetabschnitt 7 dabei um 90° geschwenkt.
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Durch die Verschwenkung des ersten Magnetabschnitts 7 wird folglich ein Abschnitt des von der ersten Magnetanordnung 4 bereitgestellten ersten Magnetfelds verändert, wodurch wiederum der zweite Freiheitsgrad 15 zwischen der ersten und der zweiten Lagerkomponente 1, 2 gesperrt wird.
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Der erste Magnetabschnitt 7 ist vorzugsweise zumindest in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 ortsfest relativ zum zweiten Magnetabschnitt 8 angeordnet. Beispielsweise sind die beiden Magnetabschnitte 7 und 8 zu diesem Zweck direkt oder indirekt mechanisch miteinander gekoppelt, und zwar unabhängig von der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung über die Supraleiteranordnung 5. Zweckmäßigerweise sind die beiden Magnetabschnitte 7 und 8 an einer in den Figuren nicht gezeigten Trägervorrichtung mechanisch befestigt und/oder direkt oder über ein oder mehrere Verbindungselemente mechanisch miteinander verbunden.
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Alternativ oder zusätzlich zu der beschriebenen Verschwenkung des ersten Magnetabschnitts 7 ist es auch möglich, den Magnetabschnitt insbesondere linear zu verschieben, um die beschriebene abschnittsweise Veränderung des Magnetfelds zu erzielen. Die in der 1a dargestellte Lagervorrichtung 10A kann zu diesem Zweck eine in der 1a nicht gezeigte Verschiebevorrichtung umfassen, die ausgebildet ist, den ersten Magnetabschnitt 7 zwischen zwei Positionen zu verschieben, wobei in der ersten Position der Freiheitsgrad 15 freigegeben ist und in der zweiten Position der Freiheitsgrad 15 gesperrt ist. Beispielsweise könnte zu diesem Zweck der in der 1a gezeigt erste Magnetabschnitt 7 in y-Richtung oder in z-Richtung verschoben werden, um die bahnförmig ausgebildete Magnetanordnung 4 zu unterbrechen und so den Freiheitsgrad 15 zu sperren.
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Die 1c und 1d zeigen eine Lagervorrichtung 10B, die eine Variante der ersten Ausführungsform darstellt. Bei dieser Variante ist der erste Magnetabschnitt 7 – also der verschwenkbare Magnetabschnitt – derart angeordnet, dass der vom ersten Magnetabschnitt 7 bereitgestellte Magnetfeldabschnitt die Supraleiteranordnung 5 durchdringt. Zu diesem Zweck kann der erste Magnetabschnitt 7, wie in den 1c und 1d gezeigt, innerhalb desselben x-y-Bereichs angeordnet sein wie die Supraleiteranordnung 5.
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Der erste Magnetabschnitt 7 kann zwischen zwei Stellungen verschwenkt werden. Die 1c zeigt die erste Stellung und die 1d die zweite Stellung. In der ersten Stellung bildet der Magnetabschnitt 7 einen Abschnitt der bahnförmigen Magnetanordnung 4. Dabei nimmt der Magnetabschnitt 7 einen x-y-Bereich ein, in dem sich auch die Supraleiteranordnung 5 befindet. In dieser Stellung des ersten Magnetabschnitts 7 ist das von der Magnetanordnung 4 bereitgestellte Magnetfeld homogen in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15, so dass sich die Supraleiteranordnung 5 relativ zur Magnetanordnung in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 bewegen kann. Der zweite Freiheitsgrad 15 ist somit freigegeben.
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In der 1d ist eine zweite Stellung des ersten Magnetabschnitts 7 zu sehen. Der erste Magnetabschnitt 7 kann aus der in der 1c gezeigten ersten Stellung in diese zweite Stellung verschwenkt werden. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine in den 1c und 1d nicht gezeigte Antriebsvorrichtung vorhanden sein.
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Wie in der 1d gezeigt, ist der erste Magnetabschnitt 7 in der zweiten Stellung aus der bahnförmigen Magnetanordnung 4 herausverschwenkt, so dass diese an einer Stelle unterbrochen ist. Im gezeigten Beispiel wird der erste Magnetabschnitt 7 dazu um 90 Grad verschwenkt. Aufgrund der Unterbrechung der bahnförmigen Magnetanordnung 4 ist die Beweglichkeit der Supraleiteranordnung 5 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 eingeschränkt bzw. gesperrt, wenn sich der erste Magnetabschnitt 7 in der zweiten Stellung befindet.
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Alternativ oder zusätzlich zu der in der 1d gezeigten Verschwenkung kann der erste Magnetabschnitt 7 auch linear verschoben werden, um eine Unterbrechung der bahnförmigen Magnetanordnung 4 zu erzielen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Verschiebevorrichtung vorgesehen sein, die ausgebildet ist, den ersten Magnetabschnitt 7 vorzugsweise in z-Richtung zwischen zwei Stellungen zu verschieben.
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Als bevorzugte Maßnahme findet in dem in der 1d gezeigten Beispiel zudem eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen dem ersten Magnetabschnitt 7 und einem in der Supraleiteranordnung 5 vorgesehenen Kopplungsbereich 19 statt, um die Sperrwirkung in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 weiter zu verstärken.
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Zu diesem Zweck ist in dem Kopplungsbereich 19 eine Flussdichteverteilung eingeprägt, die der Flussdichteverteilung des von dem ersten Magnetabschnitt 7 erzeugten Magnetfeldabschnitt entspricht, der die Supraleiteranordnung 5 durchdringt, wenn sich der erste Magnetabschnitt 7 in der zweiten Stellung befindet.
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Auf diese Weise findet in der zweiten Stellung des ersten Magnetabschnitts 7 eine auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhende Kopplung zwischen dem ersten Magnetabschnitt 7 und dem Kopplungsbereich 19 statt, die einer Bewegung der Supraleiteranordnung 5 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 entgegenwirkt und somit zur Sperrung des zweiten Freiheitsgrads 15 beiträgt.
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Die in dem Kopplungsbereich 19 eingeprägte Flussdichteverteilung ist dabei insbesondere in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 inhomogen; sie kann jedoch in y-Richtung und/oder z-Richtung homogen sein, so dass durch die Kopplung zwischen dem Kopplungsbereich 19 und dem ersten Magnetabschnitt 7 kein Freiheitsgrad in y-Richtung und/oder z-Richtung gesperrt wird.
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Die 1e zeigt eine Lagervorrichtung 10C, die eine weitere Variante der ersten Ausführungsform darstellt. Wie bei der vorstehend unter Bezugnahme auf die 1c und 1d erläuterten Variante wird auch hier die Sperrung des zweiten Freiheitsgrads 15 durch eine Kopplung des ersten Magnetabschnitts 7 mit dem Kopplungsbereich 19 bewirkt. Der erste Magnetabschnitt 7 kann dabei ebenfalls zwischen zwei Stellungen bewegt werden, wobei in einer ersten Stellung keine Kopplung zwischen dem Kopplungsbereich 19 und dem ersten Magnetabschnitt 7 gegeben ist, und in einer zweiten Stellung eine Kopplung zwischen dem Kopplungsbereich 19 und dem ersten Magnetabschnitt 7 gegeben ist. In dem in der 1e gezeigten Beispiel kann der erste Magnetabschnitt 7 beispielsweise in z-Richtung verschoben werden, um so zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung bewegt zu werden. Zur Verschiebung des ersten Magnetabschnitts 7 kann eine entsprechende Verschiebevorrichtung vorgesehen sein.
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Die Magnetanordnung 4 der Lagervorrichtung 10C umfasst zwei Komponenten – nämlich den ersten Magnetabschnitt 7 und einen zweiten Magnetabschnitt 8. Der zweite Magnetabschnitt 8 erzeugt dabei einen Magnetfeldabschnitt, mittels welchem eine linearbewegliche Lagerung der Supraleiteranordnung 5 relativ zur Magnetanordnung 4 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 bereitgestellt werden kann. Der von dem ersten Magnetabschnitt 7 bereitgestellte Magnetfeldabschnitt trägt insbesondere in der ersten Stellung nicht zu der linearbeweglichen Lagerung der Supraleiteranordnung 5 relativ zur Magnetanordnung 4 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 bei. Der erste Magnetabschnitt 7 ist vorzugsweise zumindest in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 ortsfest relativ zum zweiten Magnetabschnitt 8 angeordnet.
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Bei den beschriebenen Ausgestaltungen kann die Lagervorrichtung 10A, 10B, 10C je nach Anforderung die Funktion verschiedener Lagerarten annehmen und ist aus diesem Grund sehr flexibel einsetzbar.
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Beispielsweise kann die Lagervorrichtung 10A, 10B, 10C auf die beschriebene Weise von einem Linearlager in ein Festlager umgewandelt werden. Dabei ist vorzugsweise zusätzlich zu dem gesperrten ersten Freiheitsgrad 3 auch noch ein dritter Freiheitsgrad in z-Richtung – also senkrecht zur Zeichnungsebene – zwischen der ersten Magnetanordnung 4 und der Supraleiteranordnung 5 gesperrt. Beispielsweise sind zu diesem Zweck die Flussdichteverteilung des ersten Magnetfelds und die in der Supraleiteranordnung 5 eingeprägte Flussdichteverteilung in z-Richtung inhomogen.
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Zusätzlich oder alternativ zu der beschriebenen Umwandlung von einem Linearlager in ein Festlager bzw. von dem in der 1a gezeigten Zustand zu dem in der 1b gezeigten Zustand kann die Lagervorrichtung 10A, 10B, 10C auch derart ausgebildet sein, dass sie in umgekehrter Richtung umgewandelt werden kann; z.B. von dem in der 1b bzw. 1d gezeigten Zustand in den in der 1a bzw. 1c gezeigten Zustand. In diesem Fall stellt der Freiheitsgrad 15 den gesperrten ersten Freiheitsgrad dar, der durch eine abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds freigegeben wird.
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In dem gezeigten Beispiel wird die Bewegung entlang des Verschiebewegs 14 der zweiten Lagerkomponente 2 relativ zur ersten Lagerkomponente 1 einseitig durch die beschriebene abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds begrenzt. Auf der anderen Seite kann, wie in den 1a bis 1e gezeigt, die Bewegung entlang des Verschiebewegs 14 dadurch begrenzt sein, dass die Magnetanordnung 4 dort endet.
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Die 2a und 2b zeigen eine Lagervorrichtung 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform wird in der zweiten Ausführungsform der Freiheitsgrad 15 gesperrt, indem das erste Magnetfeld abschnittsweise in Richtung des Verschiebewegs 14 vor und hinter der Supraleiteranordnung 5 verändert wird. Insbesondere wird dabei jeweils ein Abschnitt des ersten Magnetfelds entlang des Verschiebeweg 14 unmittelbar vor der Supraleiteranordnung 5 und unmittelbar hinter der Supraleiteranordnung 5 verändert.
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Im gezeigten Beispiel weist zu diesem Zweck die erste Magnetanordnung 4 zwei erste Magnetabschnitte 7 auf, die an zwei entgegengesetzten Seiten über die Supraleiteranordnung 5 hinausragen. Wie in der 2b gezeigt, können dabei beide erste Magnetabschnitte 7 verschwenkt werden, um eine Relativbewegung der Supraleiteranordnung 5 gegenüber der Magnetanordnung 4 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 zu blockieren.
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Auch bei der zweiten Ausführungsform ist der erste Magnetabschnitt 7 vorzugsweise zumindest in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 ortsfest relativ zum zweiten Magnetabschnitt 8 angeordnet. Zweckmäßigerweise sind die Magnetabschnitte 7 und 8 mechanisch miteinander verbunden, und zwar unabhängig von der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung über die Supraleiteranordnung 5. Zweckmäßigerweise sind die Magnetabschnitte 7 und 8 an einer in den Figuren nicht gezeigten Trägervorrichtung mechanisch befestigt und/oder direkt oder über ein oder mehrere Verbindungselemente mechanisch miteinander verbunden.
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Das beschriebene Prinzip, Abschnitte des ersten Magnetfelds in Richtung des Verschiebewegs 14 vor und hinter der Supraleiteranordnung 5 zu verändern, kann auch zusammen mit anderen Vorgehensweisen zur abschnittsweisen Veränderung eines Magnetfelds eingesetzt werden. Insbesondere kann es auch zusammen mit den nachstehend beschriebenen, in den 4a bis 6b gezeigten Vorgehensweisen eingesetzt werden.
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Die 3a bis 3c zeigen verschiedene Ausgestaltungen einer Lagereinrichtung 30A, 30B, 30C gemäß einer dritten Ausführungsform. Im Gegensatz zu den zuvor diskutierten Ausführungsformen wird bei der dritten Ausführungsform die Veränderung des ersten Magnetfelds dadurch erzielt, dass ein erster Elektromagnet 9 selektiv ein- oder ausgeschaltet wird. Der erste Elektromagnet 9 bildet dabei Teil der ersten Magnetanordnung 4 bzw. der ersten Lagerkomponente 1.
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Die 3a zeigt eine erste Ausgestaltung der dritten Ausführungsform, gemäß welcher der erste Elektromagnet 9 derart angeordnet ist, dass sich ein von dem Elektromagnet 9 erzeugter Magnetfeldabschnitt in dem Kollisionsweg der entlang des Verschiebewegs 14 verfahrbaren Supraleiteranordnung 5 befindet.
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Ferner ist der Elektromagneten 9 derart ausgebildet, dass der von ihm bereitgestellte Magnetfeldabschnitt eine Flussdichteverteilung aufweist, die in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 nicht homogen ist, und somit eine Relativbewegung der Supraleiteranordnung 5 gegenüber der ersten Magnetanordnung 4 in dieser Richtung blockiert. Auf diese Weise kann durch ein Einschalten des Elektromagneten 9 der Freiheitsgrad 15 gesperrt werden.
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Die Lagervorrichtung 30A stellt in diesem Zustand beispielsweise zunächst ein Linearlager dar. Wird nun der Elektromagnet 9 eingeschaltet, so wird der zweite Freiheitsgrad 15 zwischen der ersten Magnetanordnung 4 und der Supraleiteranordnung 5 gesperrt. Die Lagervorrichtung 30A kann dann beispielsweise als Festlager fungieren.
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Wie bereits vorstehend diskutiert, kann dabei die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds auch auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 erfolgen – also in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 vor und hinter der Supraleiteranordnung 5. Zu diesem Zweck kann beispielsweise jeweils ein Elektromagnet auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 vorgesehen sein.
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Die 3b zeigt eine zweite Ausgestaltung der dritten Ausführungsform. Gemäß dieser Ausgestaltung wird ein Abschnitt der bahnförmig ausgebildeten ersten Magnetanordnung 4 von einem ersten Elektromagneten 9 gebildet. Dies bedeutet, dass zumindest ein Abschnitt von dem von der ersten Magnetanordnung 4 bereitgestellten ersten Magnetfeld, das den Verschiebeweg 14 vorgibt, von dem ersten Elektromagneten 9 erzeugt wird. Dieser von dem Elektromagneten 9 bereitgestellte Magnetfeldabschnitt stellt dabei einen Abschnitt des Verschiebewegs 14 dar.
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Durch ein Abschalten dieses Magnetfeldabschnitts kann der von dem ersten Magnetfeld vorgegebene Verschiebeweg 14 für die Supraleiteranordnung 5 unterbrochen werden. In diesem Fall ist das erste Magnetfeld entlang der Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 nicht mehr homogen, so dass eine Relativbewegung zwischen der ersten Magnetanordnung 4 und der Supraleiteranordnung 5 entlang des Verschiebewegs 14 nicht mehr möglich ist. Folglich kann durch ein selektives Ein- bzw. Abschalten des ersten Elektromagneten 9 der zweite Freiheitsgrad 15 gesperrt bzw. freigegeben werden.
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Auch bei dieser Ausgestaltung kann die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 erfolgen – also in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 vor und hinter der Supraleiteranordnung 5. Zu diesem Zweck kann auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 jeweils ein den Verschiebeweg 14 definierender Magnetfeldabschnitt durch einen schaltbaren Elektromagneten bereitgestellt werden.
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Die 3c zeigt eine dritte Ausgestaltung der dritten Ausführungsform. Bei dieser dritten Ausgestaltung ist der erste Elektromagnet 9 derart angeordnet, dass der vom ersten Elektromagneten 9 bereitgestellte Magnetfeldabschnitt die Supraleiteranordnung 5 durchdringt. Zu diesem Zweck kann der erste Elektromagnet 9, wie in der 3c gezeigt, innerhalb desselben x-y-Bereichs angeordnet sein wie die Supraleiteranordnung 5.
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Gemäß der dritten Ausgestaltung der dritten Ausführungsform weist die Supraleiteranordnung 5 einen Kopplungsbereich 19 auf, mit dem der von dem ersten Elektromagneten 9 bereitgestellte Magnetfeldabschnitt eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung eingehen kann. Die kontaktlos kraftübertragende Kopplung bewirkt, dass der zweite Freiheitsgrad 15 gesperrt wird.
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Zu diesem Zweck ist in dem Kopplungsbereich 19 eine Flussdichteverteilung eingeprägt, die der Flussdichteverteilung des von dem ersten Elektromagneten 9 erzeugten Magnetfeldabschnitt entspricht, der die Supraleiteranordnung 5 durchdringt, wenn der erste Elektromagnet 9 eingeschaltet ist.
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Bei eingeschaltetem Elektromagneten 9 findet eine auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhende Kopplung zwischen dem ersten Elektromagneten 9 und dem Kopplungsbereich 19 statt, die einer Bewegung der Supraleiteranordnung 5 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 entgegenwirkt und somit eine Sperrung des zweiten Freiheitsgrads 15 bewirkt.
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Die in dem Kopplungsbereich 19 eingeprägte Flussdichteverteilung ist dabei insbesondere in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 inhomogen; sie kann jedoch in y-Richtung und/oder z-Richtung homogen sein, so dass durch die Kopplung zwischen dem Kopplungsbereich 19 und dem ersten Magnetabschnitt 7 kein Freiheitsgrad in y-Richtung und/oder z-Richtung gesperrt wird.
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Bei der dritten Ausführungsform ist der Elektromagnet 9 vorzugsweise zumindest in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 ortsfest relativ zur Magnetanordnung 4 angeordnet. Zum Beispiel sind die Magnetanordnung 4 und der erste Elektromagnet 9 vorzugsweise mechanisch miteinander verbunden, und zwar unabhängig von der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung über die Supraleiteranordnung 5. Zweckmäßigerweise sind die Magnetanordnung 4 und der erste Elektromagnet 9 an einer in den Figuren nicht gezeigten Trägervorrichtung mechanisch befestigt und/oder direkt oder über ein oder mehrere Verbindungselemente mechanisch miteinander verbunden.
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Die 4a und 4b zeigen eine Lagervorrichtung 40 gemäß einer vierten Ausführungsform. In der 4a ist dabei eine Draufsicht und in der 4b eine Seitenansicht der Lagervorrichtung 40 zu sehen. Die vierte Ausführungsform bildet die erste Ausführungsform dahingehend weiter, dass hier die Verschwenkung des ersten Magnetabschnitts 7 über eine Antriebswelle 17 anhand eines Drehantriebs 16 bewirkt wird.
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Die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds kann dabei auch auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 erfolgen – also in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 vor und hinter der Supraleiteranordnung 5. Zu diesem Zweck kann auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 jeweils ein den Verschiebeweg 14 definierender Magnetabschnitt 7 durch einen entsprechenden Drehantrieb 16 und eine Antriebswelle 17 verschwenkt werden.
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In den 4a und 4b ist die Verwendung der Antriebswelle 17 und des Drehantriebs 16 für die in den 1a und 1b gezeigte Ausgestaltung dargestellt. Selbstverständlich können die Antriebswelle 17 und der Drehantrieb 16 in entsprechender Weise auch für die in den 1c und 1d gezeigte Variante eingesetzt werden.
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Die 5a und 5b zeigen eine Lagervorrichtung 50 gemäß einer fünften Ausführungsform. In der 5a ist dabei eine Draufsicht und in der 5b eine Seitenansicht der Lagervorrichtung 50 zu sehen. Die fünfte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorstehend diskutierten Ausführungsformen dadurch, dass hier die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds über eine destruktive Interferenz mit einem zweiten Magnetfeld bewirkt wird.
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Wie in den 5a und 5b gezeigt, weist die erste Magnetanordnung 4 einen ersten Magnetabschnitt 6 auf, der derart ausgebildet bzw. angeordnet ist, dass der von ihm erzeugte Magnetfeldabschnitt eine freie Bewegung der Supraleiteranordnung 5 relativ zur ersten Magnetanordnung 4 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 verhindert. Insbesondere liegt der vom Magnetabschnitt 6 erzeugte Magnetfeldabschnitt in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 im Kollisionsweg der Supraleiteranordnung 5. Vorzugsweise ist der vom Magnetabschnitt 6 erzeugte Magnetfeldabschnitt inhomogen in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15.
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Um den zweiten Freiheitsgrad 15 selektiv zu sperren bzw. freizugeben, ist gemäß dieser Ausführungsform eine zweite Magnetanordnung 11 vorgesehen, mittels welcher ein zweites Magnetfeld erzeugt werden kann, das derart ausgestaltet ist, dass es mit dem von dem Magnetabschnitt 6 erzeugten Magnetfeldabschnitt destruktiv interferiert. Der von dem Magnetabschnitt 6 erzeugte Magnetfeldabschnitt wird dadurch ausgelöscht und kann demnach eine Bewegung der Supraleiteranordnung 5 relativ zur ersten Magnetanordnung 4 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 nicht mehr blockieren. Der zweite Freiheitsgrad 15 wird folglich freigegeben.
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Die zweite Magnetanordnung 11 kann verschwenkt und/oder verschoben werden, um die destruktive Interferenz selektiv bereitzustellen. Dazu kann eine in den 5a und 5b nicht gezeigte Antriebsvorrichtung vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die zweite Magnetanordnung 11 auch wenigstens einen zweiten Elektromagneten 12 umfassen und durch ein selektives Ein- oder Ausschalten des zweiten Elektromagneten 12 die destruktive Interferenz bewirken.
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Die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds kann ferner auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 erfolgen – also in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 vor und hinter der Supraleiteranordnung 5. Zu diesem Zweck kann auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 jeweils ein Magnetabschnitt 6 vorgesehen sein, dessen erzeugter Magnetfeldabschnitt eine Bewegung entlang des Verschiebewegs 14 unterbindet, sowie eine jeweilige zweite Magnetanordnung 11, die dazu dient, diesen Magnetfeldabschnitt mittels destruktiver Interferenz auszulöschen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der fünften Ausführungsform wird das beschriebene Prinzip der Magnetfeldveränderung mittels destruktiver Interferenz bei einer Lagervorrichtung angewendet, bei der wie bei dem in der 1e gezeigten Beispiel der zweite Freiheitsgrad 15 aufgrund einer Kopplung zwischen einem Magnetabschnitt 7 und einem Kopplungsbereich 19 gesperrt ist. Bei dieser Ausgestaltung wird mittels einer der vorstehend beschriebenen Weisen ein Magnetfeldabschnitt bereitgestellt, der destruktiv mit dem von dem Magnetabschnitt 7 bereitgestellten Magnetfeldabschnitt interferiert, so dass die Kopplung zu dem Kopplungsbereich 19 gelöst wird und der zweite Freiheitsgrad 15 freigegeben wird.
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Bei der fünften Ausführungsform sind der Magnetabschnitt 6 und die zweite Magnetanordnung 11 vorzugsweise zumindest in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 ortsfest relativ zur Magnetanordnung 4 angeordnet. Zum Beispiel sind der Magnetabschnitt 6, die zweite Magnetanordnung 11 und die Magnetanordnung 4 mechanisch miteinander verbunden, und zwar unabhängig von der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung über die Supraleiteranordnung 5. Zweckmäßigerweise sind die Magnetanordnung 4, der erste Magnetabschnitt 6 und die zweite Magnetanordnung 11 an einer in den Figuren nicht gezeigten Trägervorrichtung mechanisch befestigt und/oder direkt oder über ein oder mehrere Verbindungselemente mechanisch miteinander verbunden.
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Die 6a und 6b zeigen eine Lagervorrichtung 60 gemäß einer sechsten Ausführungsform. In der 6a ist dabei eine Draufsicht auf die Lagervorrichtung 60 zu sehen, und in der 6b eine Seitenansicht. Im Unterschied zu den vorstehend diskutierten Ausführungsformen erfolgt gemäß dieser sechsten Ausführungsform die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds mittels einer Einbringung eines Abschirmelements 13 in das erste Magnetfeld.
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Das Abschirmelement 13 weist dabei insbesondere magnetfeldleitende oder diamagnetische Eigenschaften auf. Das Abschirmelement 13 wird, wie in den 6a und 6b gezeigt, zwischen den Verschiebeweg 14 und die erste Magnetanordnung 4 angeordnet, um so einen Abschnitt des ersten Magnetfelds zu blockieren oder umzulenken, damit die Supraleiteranordnung 5 in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 kein homogenes Magnetfeld erfährt und dementsprechend in diese Richtung nicht frei bewegt werden kann.
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Das Abschirmelement kann dabei mittels einer in den 6a und 6b nicht gezeigten Antriebsvorrichtung an die gewünschte Stelle verschoben bzw. geschwenkt werden, um das erste Magnetfeld abschnittsweise zu verändern und dadurch den zweiten Freiheitsgrad 15 zu sperren bzw. freizugeben.
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Auch bei der sechsten Ausführungsform kann die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 erfolgen – also in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 vor und hinter der Supraleiteranordnung 5. Zu diesem Zweck kann auf beiden Seiten der Supraleiteranordnung 5 jeweils ein entsprechendes Abschirmelement 13 zwischen die erste Magnetanordnung 4 und den Verschiebeweg 14 eingebracht werden.
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Bei der sechsten Ausführungsform ist das Abschirmelement 13 vorzugsweise zumindest in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 ortsfest relativ zur Magnetanordnung 4 angeordnet. Die Magnetanordnung 4 und das Abschirmelement 13 sind beispielsweise mechanisch miteinander verbunden, und zwar unabhängig von der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung über die Supraleiteranordnung 5. Zweckmäßigerweise sind die Magnetanordnung 4 und das Abschirmelement 13 an einer in den Figuren nicht gezeigten Trägervorrichtung mechanisch befestigt und/oder direkt oder über ein oder mehrere Verbindungselemente mechanisch miteinander verbunden.
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Die 7a und 7b zeigen eine Lagervorrichtung 70 gemäß einer siebten Ausführungsform. Die siebte Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform, dass hier die Magnetanordnung 4 eine Vielzahl von Magnetabschnitten 7 und 8 aufweist, die zusammen den Verschiebeweg 14 bilden und jeweils einzeln verschwenkt und/oder verschoben werden können.
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Wie in der 7b gezeigt, werden zur Sperrung des zweiten Freiheitsgrads 15 insbesondere Magnetabschnitte 7 verschwenkt, die auf dem Verschiebeweg 14 unmittelbar vor der Supraleiteranordnung 5 und unmittelbar hinter der Supraleiteranordnung 5 befindlich sind. Auf diese Weise wird die Supraleiteranordnung 5 zwischen den verschwenkten Magnetabschnitten 7 gewissermaßen eingeklemmt.
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Insbesondere können dabei je nach Position der Supraleiteranordnung 5 relativ zur Magnetanordnung 4 verschiedene erste Magnetabschnitte 7, 8 verschwenkt werden, so dass es möglich wird, die Supraleiteranordnung 5 relativ zur ersten Magnetanordnung 4 an verschiedenen Stellen entlang des Verschiebewegs zu fixieren.
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Die 8a, 8b und 8c zeigen eine Lagervorrichtung 80 gemäß einer achten Ausführungsform. Die achte Ausführungsform unterscheidet sich von den vorstehend diskutierten Ausführungsformen insbesondere dadurch, dass hier der zweite Freiheitsgrad 15 ein Rotationsfreiheitsgrad ist. In der 8a ist dabei ein Zustand gezeigt, bei dem der zweite Freiheitsgrad 15 freigegeben ist, und in der 8b ist ein Zustand gezeigt, in dem der zweite Freiheitsgrad 15 gesperrt ist.
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In dem in der 8a gezeigten Zustand ist die Supraleiteranordnung 5 relativ zur Magnetanordnung 4 drehbeweglich gelagert. Zu diesem Zweck umfasst die Magnetanordnung 4 einen kreissymmetrisch magnetisierten zweiten Magnetabschnitt 18 und die Supraleiteranordnung 5 weist einen Abschnitt mit einer entsprechenden eingeprägten Flussdichteverteilung auf.
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Die Magnetanordnung 4 umfasst ferner erste Magnetabschnitte 17, die der Erzeugung jeweiliger Magnetfeldabschnitte dienen. Die ersten Magnetabschnitte 17 erzeugen gemeinsam mit dem zweiten Magnetabschnitt 18 das erste Magnetfeld. Die ersten Magnetabschnitte 17 können derart verschoben bzw. verschwenkt werden, dass die erzeugten Magnetfeldabschnitte in den Kollisionsweg der Supraleiteranordnung 5 gebracht werden. Auf diese Weise wird das erste Magnetfeld abschnittsweise verändert. Insbesondere können dabei die ersten Magnetfeldabschnitte 17 an eine Stelle bewegt werden, die von wenigstens einem Teil der Supraleiteranordnung bei Durchführung einer Rotationsbewegung gemäß dem zweiten Freiheitsgrad 15 durchlaufen wird. Sind die Magnetfeldabschnitte derart positioniert, so lässt sich die Supraleiteranordnung 5 nicht mehr relativ zur Magnetanordnung 4 drehen, da sie dazu das von den ersten Magnetabschnitten 17 bereitgestellte, in Drehrichtung des zweiten Freiheitsgrads 15 inhomogene Magnetfeld durchlaufen müsste. Somit kann der zweite Freiheitsgrad 15 gesperrt werden.
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Wie in den 8a und 8b dargestellt, ist dabei die Supraleiteranordnung 5 vorzugsweise nicht kreissymmetrisch ausgebildet.
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Alternativ oder zusätzlich zu der in den 8a und 8b gezeigten Verschwenkung der ersten Magnetabschnitte 17 kann bei der achten Ausführungsform die abschnittsweise Veränderung des ersten Magnetfelds auch in einer der vorstehend bereits im Zusammenhang mit den 4a bis 6b beschriebenen Weisen bewirkt werden. Insbesondere kann dabei eine Ein- bzw. Abschaltung von Elektromagneten, eine Bereitstellung von destruktiv interferierenden Magnetfeldern, oder eine Einbringung von Abschirmelementen verwendet werden, um das erste Magnetfeld abschnittsweise zu verändern.
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Die 8c zeigt eine Variante der achten Ausführungsform. Wie bei den vorstehend unter Bezugnahme auf die 1c, 1d und 1e erläuterten Varianten wird auch hier die Sperrung des zweiten Freiheitsgrads 15 durch eine Kopplung des ersten Magnetabschnitts 17 mit einem Kopplungsbereich 19 bewirkt, der in der Supraleiteranordnung 5 vorgesehen ist. Der erste Magnetabschnitt 17 kann dabei ebenfalls zwischen zwei Stellung bewegt werden, wobei in einer ersten Stellung keine Kopplung zwischen dem Kopplungsbereich 19 und dem ersten Magnetabschnitt 7 gegeben ist, und in einer zweiten Stellung eine Kopplung zwischen dem Kopplungsbereich 19 und dem ersten Magnetabschnitt 7 gegeben ist. In dem in der 8c gezeigten Beispiel kann der erste Magnetabschnitt 17 beispielsweise in z-Richtung verschoben werden, um so zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung bewegt zu werden. Zur Verschiebung des ersten Magnetabschnitts 17 kann eine entsprechende Verschiebevorrichtung vorgesehen sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der erste Magnetabschnitt 17 auch zwischen den beiden Stellungen verschwenkt werden.
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Bei der sechsten Ausführungsform sind die ersten Magnetabschnitte 17 vorzugsweise zumindest in Richtung des zweiten Freiheitsgrads 15 ortsfest relativ zum zweiten Magnetabschnitt 18 angeordnet. Beispielsweise sind die ersten Magnetabschnitte 17 und der zweite Magnetabschnitt 18 mechanisch miteinander verbunden, und zwar unabhängig von der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung über die Supraleiteranordnung 5. Zweckmäßigerweise sind die ersten Magnetabschnitte 17 und der zweite Magnetabschnitt 18 an einer in den Figuren nicht gezeigten Trägervorrichtung mechanisch befestigt und/oder direkt oder über ein oder mehrere Verbindungselemente mechanisch miteinander verbunden.
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Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kann zusätzlich zu dem gesperrten Freiheitsgrad 3 in y-Richtung auch noch der Freiheitsgrad in z-Richtung gesperrt sein. Somit können die vorstehend beschriebenen Lagervorrichtungen bei Freigabe des zweiten Freiheitsgrads 15 ein Linearlager bzw. Radiaxlager darstellen, und bei Sperrung des zweiten Freiheitsgrads 15 ein Festlager darstellen.
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Bei den vorstehend diskutierten Ausführungsformen kann die erste Lagerkomponente 1 beispielsweise an ein erstes Bauteil angebracht sein, und die zweite Lagerkomponente 2 an ein zweites Bauteil angebracht sein. Je nach Zustand bzw. Einstellung des ersten Magnetfelds kann dann die Lagerung zwischen den beiden Bauteilen umgeschaltet werden. Beispielsweise kann die Lagerung zwischen den beiden Bauteilen von einem Linearlager zu einem Festlager und umgekehrt umgeschaltet werden. Die Umschaltung kann dabei insbesondere auf Befehl einer hier nicht gezeigten Steuereinrichtung erfolgen.
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Die vorstehend beschriebenen, über den Gegenstand des Anspruchs 1 hinausgehenden Merkmale sind nicht nur in ihrem vorstehend beschriebenen, beispielhaften Kontext einsetzbar, sondern sind auch jeweils einzeln und unabhängig voneinander mit anderen hier beschriebenen Merkmalskombinationen verwendbar, um die mit den jeweiligen Merkmalen zusammenhängenden zusätzlichen Vorteile zu erzielen.
