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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Betätigungslageranordnung
zur Einleitung einer Betätigungskraft
in eine Reibungskupplung unter Drehentkopplung eines Betätigungssystems
von der Reibungskupplung, umfassend einen eine Betätigungskraft
von einem Betätigungssystem
aufnehmenden Eingangsbereich und einen bezüglich des Eingangsbereichs
um eine Drehachse drehbaren und zur Weiterleitung der Betätigungskraft
zu einer Reibungskupplung bezüglich
des Eingangsbereichs in Richtung der Drehachse abgestützten Ausgangsbereich.
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Zur Einleitung von Betätigungskräften in
Reibungskupplungen ist es bekannt, Wälzkörperlager einzusetzen, welche
einen mit einem Betätigungssystem
gekoppelten bzw. von diesem eine im Wesentlichen axial gerichtete
Betätigungskraft
aufnehmenden Eingangslagerring und einen auf die Reibungskupplung
einwirkenden Ausgangslagerring aufweist, in welchen jeweilige Kugelnuten
ausgebildet sind. In diesen Kugelnuten können die die eigentliche Betätigungskraftübertragung
bereitstellenden und gleichzeitig auch die Drehentkopplung vorsehenden
Lagerkugeln laufen. Da durch diese Lagerungsanordnungen bei Betätigungskraftübertragung
auch eine Drehentkopplung bereitgestellt werden muss; unterliegen
sie vor allem in dem Zustand, in welchem sie drehentkoppelnd wirksam
sind, einer starken Belastung. Während
bei Systemen, bei welchen als Betätigungskraft eine Ausrückkraft
erzeugt werden muss, also bei Durchführung von Ein- bzw. Auskuppelvorgängen kurzzeitig
gegen die Kraftwirkung einer Membranfeder oder dergleichen gearbeitet
werden muss, das Verschleißproblem
nicht so in Erscheinung tritt, ist das Verschleißproblem bei Systemen, bei
welchen eine Einrückkraft
zu erzeugen ist, wesentlich gravierender. Bei diesen Systemen ist
im Wesentlichen über
den Großteil
der Betriebsdauer, nämlich
immer dann, wenn die Kupplung im eingerückten Zustand sein soll, sowohl
für Axialkraftübertragung
als auch für
Drehentkopplung zu sorgen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine Betätigungslageranordnung
für eine
Reibungskupplung vorzusehen, welche die beim Stand der Technik bekannten
durch Betätigungskraftbelastung
induzierten Probleme mindert.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird diese Aufgabe gelöst
durch eine Betätigungslageranordnung
zur Einleitung einer Betätigungskraft
in eine Reibungskupplung unter Drehentkopplung eines Betätigungssystems
von der Reibungskupplung, umfassend einen eine Betätigungskraft
von einem Betätigungssystem
aufnehmenden Eingangsbereich und einen bezüglich des Eingangsbereichs
um eine Drehachse drehbaren und zur Weiterleitung der Betätigungskraft
zu einer Reibungskupplung bezüglich des
Eingangsbereichs in Richtung der Drehachse abgestützten Ausgangsbereich,
wobei der Ausgangsbereich und der Eingangsbereich zur Betätigungskraftübertragung
durch Magnetkraftwechselwirkung bezüglich einander abgestützt sind.
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Da bei der erfindungsgemäßen Betätigungslageranordnung
die zu übertragende
Betätigungskraft
nicht durch direkte mechanische Wechselwirkung zweier Teile erfolgt,
sondern durch Magnetkraftwechselwirkung, kann ein durch Betätigungskraftübertragung
induzierter Verschleiß im
Wesentlichen vollständig
eliminiert werden. Die durch Magnetkraftwechselwirkung aneinander
abgestützten
Bereiche treten in diesem Kraftfluss nicht in direkten körperlichen
Kontakt und ermöglichen
somit eine prinzipiell unbegrenzte Betriebslebensdauer eines derartigen Lagers.
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Um die erforderlichen Magnetkräfte erzeugen
zu können,
wird vorgeschlagen, dass am Eingangsbereich oder/und am Ausgangsbereich
eine ein Magnetfeld erzeugende Wechselwirkungsanordnung vorgesehen
ist. Bei einer besonders einfach zu realisierenden Ausgestaltungsform
kann vorgesehen sein, dass die Wechselwirkungsanordnung wenigstens
einen Permanentmagneten umfasst. Um über die Betriebslebensdauer
eines erfindungsgemäßen Lagers
hinweg im Wesentlichen konstante Lagerungsverhältnisse bereitstellen zu können, kann
alternativ oder zusätzlich
zu der Permanentmagnetlösung
vorgesehen sein, dass die Wechse(wirkungsanordnung wenigstens eine
Elektromagnetenanordnung umfasst. Durch Einsatz einer Elektromagnetenanordnung
kann sichergestellt werden, dass eine über die Betriebslebensdauer
hinweg möglicherweise
durch Vibrationen auftretende Entmagnetisierung von Permanentmagneten
eliminiert oder zumindest kompensiert wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Lageranordnung
kann vorgesehen sein, dass am Eingangsbereich und am Ausgangsbereich
jeweils eine Wechselwirkungsanordnung vorgesehen ist und dass der
Eingangsbereich und der Ausgangsbereich sich mit ihren Wechselwirkungsanordnungen
gegenüberliegend
positioniert sind. Alternativ ist es jedoch auch möglich, dass
am Eingangsbereich und am Ausgangsbereich jeweils eine Wechselwirkungsanordnung
vorgesehen ist und dass der Eingangsbereich und der Ausgangsbereich
mit das Magnetfeld der jeweiligen Wechselwirkungsanordnung leitenden
Trägerbereichen
einander gegenüberliegend
positioniert sind.
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Eine sehr hohe Betriebssicherheit
bei Einsatz einer magnetischen Abstützung kann dadurch erlangt
werden, dass der Eingangsbereich und der Ausgangsbereich durch magnetische
Abstoßung
zur Betätigungskraftübertragung
bezüglich
einander abgestützt
sind. Die beiden aneinander abzustützenden Bereiche werden dann,
dem äußeren Krafteinfluss folgend,
eine definierte Lage bezüglich
einander einnehmen. Um insbesondere unter dem Einfluss der Magnetkraftwechselwirkung
eine stabile Positionierung der beiden bezüglich einander zu lagernden
Bereiche vorsehen zu können,
wird vorgeschlagen, dass eine Radiallagerungsanordnung zur radialen Abstützung des
Eingangsbereichs bezüglich
des Ausgangsbereichs vorgesehen ist.
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Hier kann eine sehr einfach zu realisierende Ausgestaltungsform
vorsehen, dass die Radiallagerungsanordnung ein Gleitlagerelement
umfasst.
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Um auch im Bereich dieser Radiallagerung den
Verschleiß so
gering als möglich
zu halten, wird vorgeschlagen, dass die Radiallagerungsanordnung den
Eingangsbereich und den Ausgangsbereich durch magnetische Wechselwirkung
bezüglich
einander in radialer Richtung abstützt. Hierzu kann eine baulich
sehr einfach realisierbare und nur wenige Bauteile beanspruchende
Variante vorsehen, dass die Radiallagerungsanordnung die wenigstens
eine Wechselwirkungsanordnung umfasst.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit
Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausgestaltungsformen
detailliert beschrieben. Es zeigt:
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1 eine
Längsschnittansicht
einer erfindungsgemäßen Lageranordnung;
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2 eine
Teil-Längsschnittansicht
einer abgewandelten Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Lageranordnung;
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3 eine
weitere der 2 entsprechende Darstellung
einer alternativen Ausgestaltungsform;
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4 eine
weitere der 2 entsprechende Darstellung
einer alternativen Ausgestaltungsform;
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5 eine
weitere der 2 entsprechende Darstellung
einer alternativen Ausgestaltungsform;
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6 eine
weitere der 2 entsprechende Darstellung
einer alternativen Ausgestaltungsform;
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7 eine
Prinzipansicht einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform einer
erfindungsgemäßen Lageranordnung;
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8 eine
der 7 entsprechende
Darstellung einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Lageranordnung
mit 10 bezeichnet. Durch die Lageranordnung 10 kann eine
Betätigungskraft,
die im Wesentlichen in Richtung einer Drehachse A gerichtet ist,
von einem Betätigungssystem
auf eine Reibungskupplung übertragen
werden, von welcher in 1 symbolhaft
der radial innere Bereich einer Kraftbeaufschlagungsanordnung, beispielsweise
einer Membranfeder 12, dargestellt ist. Da das Betätigungssystem
im Allgemeinen feststehend ist, beispielsweise an einem Getriebegehäuse 14 angebracht
ist, und der durch das Lager 10 zu beaufschlagende Bereich der
Reibungskupplung, also beispielsweise die Membranfeder 12 oder
eine sonstige Kraftübertragungshebelanordnung,
sich um die Drehachse A drehen wird, muss durch das Lager 10 nicht
nur die in axialer Richtung gerichtete Betätigungskraft übertragen, sondern
es muss vor allem im Kraft übertragenden Zustand
eine Drehentkopplung der beiden Systembereiche Betätigungsmechanismus
und Reibungskupplung vorgesehen werden.
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Das Lager 10 umfasst einen
im Wesentlichen ringartig ausgebildeten Eingangsbereich 16 und
einen entsprechend ringartig ausgebildeten Ausgangsbereich 18.
Sowohl der Eingangsbereich 16 als auch der Ausgangsbereich 18 weisen
einen radial innen liegenden hülsenartigen
Lagerungsabschnitt
20 bzw. 22 auf. Mit diesem Lagerungsabschnitt 20, 22 sind
der Eingangsbereich 16 und der Ausgangsbereich 18 auf
einem im Wesentlichen zylindrischen Lagerungsvorsprung 24 einer
beispielsweise am Getriebe 14 festgelegten Trägeranordnung 26 des
Lagers 10 drehbar getragen. Um hier die Reibverluste möglichst
gering zu halten, kann der Lagerungsabschnitt 20 oder/und
der Lagerungsabschnitt 22 an dem Lagerungsvorsprung 24 unter
Zwischenpositionierung eines Gleitlagerelements, einer Wälzkörperlageranordnung
oder dergleichen getragen sein, wobei hier auf die zur Betätigungskraftübertragung
erforderliche Axialbewegbarkeitdes Eingangsbereichs 16 und
des Ausgangsbereichs 18 zu achten ist.
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An nach radial außen ragenden flanschartigen
oder armartigen Trägerabschnitten 28 bzw.
30 des Eingangsbereichs 16 und des Ausgangsbereichs 18 sind
im dargestellten Beispiel in Umfangsrichtung um die Drehachse A
aufeinander folgend jeweils Permanentmagnete 32, 34 getragen.
Diese sind so positioniert, dass sie einander mit Bereichen gleicher
magnetischer Polarität
gegenüberliegen.
Dies ist durch die beispielsweise den magnetischen Südpol symbolisierenden
Pluszeichen bzw. die den magnetischen Nordpol symbolisierenden Minuszeichen
angedeutet. Es wird somit zwischen dem Eingangsbereich 16 und
dem Ausgangsbereich 18 durch magnetische Wechselwirkung
eine Abstoßung
erzeugt. Bei geeigneter Auswahl der durch die Permanentmagnete 32, 34 erzeugten
Abstoßungskraft
wird es möglich,
die in den Eingangsbereich 16 eingeleitete Betätigungskraft
auf den Ausgangsbereich 18 durch Magnetkraftwechselwirkung
zu übertragen,
ohne dass hierzu der Eingangsbereich 16 und der Ausgangsbereich 18 reibend
aneinander anliegen. Vor allem in dem stark belasteten Zustand wird
also das Auftreten von Verschleiß weitgehend ausgeschlossen,
so dass ein derartiges Lager 10 eine im Vergleich zu herkömmlichen
Wälzkörperaxiallagern
deutlich verlängerte
Betriebslebensdauer aufweisen wird.
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Eine abgewandelte Ausgestaltungsform
des erfindungsgemäßen Lagers 10 ist
in 2 gezeigt. Man erkennt
dort, dass der hülsenartige
Lagerungs abschnitt 22 des Ausgangsbereichs 18 nicht
mehr auf dem getriebefest positionierten Lagerungsvorsprung 24 gelagert
ist, sondern an einem Außenumfangsbereich
des Trägerabschnitts 28 des
Eingangsbereichs 16. Hierzu kann dieser einen in Achsrichtung
verlängerten
Auflagebereich 36 aufweisen, um die Lagerungsfläche zu vergrößern. Zwischen
den beiden Bereichen 22 und 34 bzw. 28 kann wieder eine
Gleitlagerungsanordnung oder eine Wälzkörperlagerungsanordnung wirksam
sein.
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Man erkennt bei der Ausgestaltungsform
gemäß 2 jedoch, dass der Eingangbereich 16 und der
Ausgangsbereich 18 einander in radialer Richtung unmittelbar
mit jeweiligen Körperabschnitten derselben
gegenüberliegen.
Werden nun beispielsweise der Trägerabschnitt 28 mit
dem Auflagebereich 36 und der Trägerabschnitt 30 aus
magnetisierbarem oder den Magnetfluss leitendem Material aufgebaut, so
liegen im Grenzbereich G einander Flächen mit gleicher magnetischer
Polarität
gegenüber.
Dies führt auch
dort zur magnetischen Abstoßung,
so dass in radialer Richtung auch unter Weglassung entsprechender
Gleit- oder Wälzkörperlagerungsanordnungen
für eine
stabile Abstützung
des Eingangsbereichs 16 bezüglich des Ausgangsbereichs 18 gesorgt
ist.
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Entsprechendes gilt auch für die in
der 3 dargestellte Ausgestaltungsform.
Hier ist wieder der Lagerungsabschnitt 22 des Ausgangsbereichs 18 radial
innen positioniert, umgibt jedoch den axial verlängerten Lagerungsabschnitt
des Eingangsbereichs 16, welcher wiederum auf dem Lagerungsvorsprung 24 zumindest
in Achsrichtung verschiebbar getragen ist. Auch hier kann im Grenzbereich
G bei entsprechender Materialauswahl für die Trägerabschnitte 28, 30 bzw.
die Lagerungsabschnitte 20, 22 dafür gesorgt
werden, dass der Eingangsbereich 16 und der Ausgangsbereich 18 allein
durch die vermittels der Permanentmagnete 32, 34 erzeugten
Magnetkräfte in
radialer Richtung und selbstverständlich auch in axialer Richtung
bezüglich
einander abgestützt
sind. Selbstverständlich
wäre bei
der Ausgestaltungsform gemäß 3 auch der Einsatz von im
Grenzbereich G wirksamen Wälzkörper- oder
Gleitelementenlagerungen möglich.
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Bei der in 4 dargestellten Ausgestaltungsform ist
der Eingangsbereich 16 den Lagerungsvorsprung 24 an
seiner Außenseite
umgebend angeordnet, während
der Lagerungsabschnitt 22 des Ausgangsbereichs 18 in
den Innenumfangsbereich des Lagerungsvorsprungs 24 eingesetzt
ist. Auch bei dieser Ausgestaltungsform liegen sich die Permanentmagneten 32, 34 unmittelbar
gegenüber.
Die Radiallagerung kann hier bezüglich
des Lagerungsvorsprungs 24 wieder unter Einsatz von Gleitlagern
oder Wälzkörperlagern
erfolgen.
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In 5 ist
eine Ausgestaltungsform gezeigt, bei welcher die Radiallagerung
ebenso wie die Axialkraftübertragung
durch magnetische Wechselwirkung erfolgt. Man erkennt, dass die
einander wieder unmittelbar gegenüber liegenden Wechselwirkungsanordnungen
bzw. Permanentmagneten 32, 34 sich nicht nur mit
jeweiligen axial orientierten Oberflächen gegenüberliegen, sondern dass die
Permanentmagneten 34 des Ausgangsbereichs 18 eine
abgewinkelte Struktur aufweisen und die Permanentmagneten 32 des
Eingangsbereichs 16, die eine entsprechend abgewinkelte
Struktur aufweisen können,
radial außen übergreifen.
Da auch in diesem radial gestaffelten Bereich der Permanentmagneten 32 bzw. 34
Oberflächen
gleicher magnetischer Polarität
einander gegenüberliegen,
wird auch hier durch die induzierte Abstoßung dafür gesorgt, dass der Ausgangsbereich 18 und
der Eingangsbereich 16 in radialer Richtung bezüglich einander
zentriert sind, ohne dass irgendeine Art der Reibwechselwirkung
erforderlich wäre.
Der Eingangsbereich 16 ist im Bereich seines Lagerungsabschnitts 20 dann
auf dem Lagerungsvorsprung 24 zumindest in axialer Richtung
bewegbar getragen.
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Auch in 6 ist eine Ausgestaltungsform gezeigt,
bei welcher die Radialzentrierung der beiden Bereiche 16, 18 durch
Magnetkraftwechselwirkung erfolgt. Man erkennt, dass sowohl der
Eingangsbereich 16 als auch der Ausgangsbereich 18 in
radialer Richtung gestaffelt Magnete 32 bzw. 34 aufweisen, die
an ihren axialen freien Endbereichen jeweils sich verjüngend ausgebildet
sind, so dass in radialer Richtung gestaffelt jeweils ein sich verjüngender
Endbereich beispielsweise eines Permanentmagneten 32 zwischen
zwei sich entsprechend verjüngende
Endbereiche zweier Permanentmagneten 34 eingreift. Durch
den dabei sich ergebenden Überlapp
werden wieder Radialkräfte
wirksam, die auf Grund gleicher Polarität der Permanentmagneten 32 und
.34 in einander gegenüber
liegenden Oberflächen
für eine Zentrierung
sorgen.
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Mit Bezug auf diese Ausgestaltungsform
sei ausgeführt,
dass die Permanentmagnete 32 und 34 eine ringartige
Struktur aufweisen können,
so dass jeweils mehrere Magnetenringe radial gestaffelt angeordnet
sind. Selbstverständlich
können
derartige axial ineinander eingreifende Strukturen auch jeweils an
einem einzigen Permanentmagneten 32 und einem einzigen
Permanentmagneten 34 ausgebildet werden, die dann beispielsweise
eine entsprechende Rillenstruktur oder Vorsprungsstruktur aufweisen. Ferner
sei darauf hingewiesen, dass bei der in 6 gezeigten Ausgestaltungsvariante im
Grenzbereich G zwischen dem Trägerabschnitt 28 des
Eingangsbereichs 16 und dem nunmehr radial außen liegenden
Lagerungsabschnitt 22 des Ausgangsbereichs 18 dann,
wenn diese beiden hier einander gegenüber liegend positionierten
Bereiche aus magnetisch leitendem bzw. magnetisierbarem Material
aufgebaut sind, für
eine magnetische Radialzentrierung gesorgt ist.
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In 7 ist
schematisch eine Ausgestaltungsform angedeutet, bei welcher der
Eingangsbereich 16 und der Ausgangsbereich 18 in
beiden axialen Richtungen zur Axialkraftübertragung gekoppelt sind.
Dies wird dadurch erlangt, dass jeweils magnetische oder magnetisierte
Bereiche 40 des Eingangsbereichs 16, die in axialer
Richtung an einer Seite die eine Polarität und an der anderen die andere
Polarität aufweisen,
gestaffelt angeordnet sind mit entsprechend gegenpolig magnetisierten
Bereichen 42 des Ausgangsbereichs 18. Durch die
Anzahl der auf diese Art und Weise in Achsrichtung aufeinander folgend
angeordneten Bereiche 40, 42 lässt sich die Stärke der
Kopplung einstellen. Der Aufbau einer derartigen Ausgestaltungsform
kann beispielsweise dadurch realisiert sein, dass der Eingangsbereich 16 ringartig
ausgebildet ist, während
der Ausgangsbereich 18 mehrere Segmente aufweist, die dann
von radial außen
in die entsprechenden Zwischenräume des
Eingangsbereichs 16 eingeschoben werden. Selbstverständlich ist
auch eine umgekehrte Anordnung möglich.
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In 8 ist
veranschaulicht, dass bei einer Ausgestaltungsform, wie sie in 7 gezeigt ist, gleichzeitig
auch für
eine radiale Zentrierung gesorgt werdert kann. Dies erfolgt dadurch,
dass beispielsweise im Vergleich zu der in 7 gezeigten Ausgestaltungsform die jeweiligen
Bereiche 40 bzw. 42 in radialer Richtung verlängert sind
und somit in Grenzbereiche G sehr nahe an den jeweiligen anderen
Bereich 16 bzw. 18 heranragen. Hier ist es möglich, durch
Wälzkörper oder
Gleitelementenlagerung für eine
Radialabstützung
zu sorgen. Alternativ kann auch hier durch magnetische Wechselwirkung
eine Abstützung
erfolgen, wenn beispielsweise magnetische oder magnetsierte Bereiche
ein bestimmten Polarität
soweit nach radial außen
reichen, dass sie mit der erforderlichen Stärke in magnetische Wechselwirkung
mit gleichermaßen
magnetisierten Bereichen des jeweils anderen Bereichs 18 bzw.
16 treten können.
Auch hier kann die magnetische Wechselwikung durch direkt Magnetkräfte erzeugende
Permanentmagnete erfolgen oder durch im Wesentlichen ein Joch bzw.
magnetische Leiter bildende Trägerabschnitte.
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Bei allen vorangehend beschriebenen
Ausgestaltungsformen sind zur Erzeugung der magnetischen Wechselwikung
Permanentmagnete sowohl am Eingangsbereich 16 als auch
am Ausgangsbereich 18 eingesetzt. Es sei darauf hingewiesen,
dass zumindest bei einem dieser Bereiche selbstverständlich auch
Elektromagnete zum Einsatz gelangen können. Hierfür bietet sich der Eingangsbereich
an, da dieser nicht notwendiger Weise drehend angeordnet sein muss
und somit eine erleichterte Stromzufuhr ermöglicht. Der Einsatz von Elektromagneten
vermeidet das Problem, dass über
die Betriebslebensdauer hinweg auf Grund einer abnehmenden Magnetisierung
die Kopplungsstärke
zwischen dem Eingangsbereich und dem Ausgangsbereich abnimmt. Hier kann
auch daran gedacht werden, an zumindest einem der Bereiche Elektomagnete
und Permanentmagnete zu kombinieren. Ferner sei darauf hingewiesen,
dass, obgleich vorangehend die magnetische Wechselwirkung beschrieben
wurde, die zur Erlangung der Abstützkräfte abstoßend wirksam ist, auch eine
anziehende magnetische Wechselwirkung zwischen dem Eingangsbereich
und dem Ausgangsbereich vorgesehen sein kann, wobei dann beispielsweise
durch Abstandselemente dafür
gesorgt werden muss, dass die beiden einander anziehenden magnetischen
oder magnetisierten Bereiche nicht in direkten Kontakt treten können, oder
beispielsweise durch entsprechende Nachführung dafür gesorgt wird, dass die beiden
Bereiche immer einen vorbestimmten Mindestabstand zueinader aufweisen.
Vor allem bei der in den 7 und 8 gezeigten Ausgestaltungsvariante
kann dann, wenn im Eingangsbereich und im Ausgangsbereich jeweils
einander anziehende Polaritäten
gegenüberliegen,
der gleiche zentrierende Effekt erlangt werden.