Magnetführungseinrichtungen sind in vielfacher Ausführung bekannt und können für unterschiedliche Zwecke eingesetzt werden. Ein Einsatzfeld besteht in der Lagerung von sich drehenden Wellen, beispielsweise in Vakuumpumpen, Fluid- meßgeräten, Blutpumpen, gyroskopischen Geräten oder Spinnrotoren. Ein weiteres Einsatzfeld sind Aktuatoren, bei denen ein bewegliches Betätigungsglied mittels Ma- gnetkraft in axialer Richtung hin-und herbewegt werden kann, beispielsweise als Druckstempel, Antriebselement für kleine Wege, Schalter, Ventilbetätigung etc. Ledig- lich beispielhaft wird aus der Vielzahl der hierzu be- kannt gewordenen Veröffentlichungen auf folgende Dokumen- te verwiesen : US-A-3,976, 339 ; US-A-5,315, 197 ; US-A- 5,514, 924 ; US-A-4, 620, 752 ; WO 92/15795 ; US-A-5,729, 065 ; WO 00/64030 ; WO 00/64031.

Aus den Figuren 3 und 4 der US-A-5, 315, 197 und den Figu- ren 4 und 5 der US-A-5,514, 924 sind Magnetführungsein- richtungen bekannt, die als zu führendes Element eine Welle aufweisen, die in axialer Richtung magnetisch ge- führt wird. Hierzu weisen die Wellen einen radial vorste- henden Ringsteg aus magnetisierbarem Material auf, der von einem einen Stator bildenden Axialjoch aus ferroma- gnetischem Material unter Bildung von Magnetspalten beid- seitig eingefaßt wird. In dem Axialjoch sitzt mittig ein radial polarisierter, permanentmagnetischer Ringmagnet, der beidseitig von je einer Ringspule eines Elektromagne- ten flankiert ist. Hierdurch entstehen zwei in axialer Richtung nebeneinander liegende Magnetteilflüsse, die sich im Bereich des Ringmagneten vereinigen. In den Ma- gnetspalten zwischen dem Ringsteg und dem Axialjoch wird ein axialer Magnetfluß erzeugt. Durch Steuerung des Stroms in den Ringspulen wird der Magnetfluß in den Ma- gnetspalten so eingestellt, daß die Welle axial in dem Axialjoch zentriert wird. Abweichungen aus der Sollstel- lung werden von einem Magnetfeldsensor erfaßt, der Teil eines Reglers ist, der den Strom in den Ringspulen im oben genannten Sinn steuert.

Nachteilig bei diesen bekannten Magnetführungseinrichtun- gen ist, daß durch die radiale Polarisierung des Perma- nentmagneten erhebliche radiale Kräfte auf die Welle aus- geübt werden, die die Welle in radialer Richtung destabi- lisieren können. Außerdem ist der konstruktive Aufwand wegen der Anordnung von zwei räumlich getrennten elektri- schen Spulen erheblich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Magnetfüh- rungseinrichtung der eingangs genannten Art so auszubil- den, daß Instabilitäten in radialer Richtung so weit wie möglich vermieden werden, und daß die Magnetführungsein- richtung konstruktiv wesentlich einfacher und damit ko- stengünstiger gestaltet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem Axialjoch axial nebeneinander wenigstens ein Paar von axial entgegengesetzt polarisierten Permanentmagneten und ferner radial benachbart als Elektromagnet eine elektro- magnetische Spule angeordnet sind, wobei der Magnetfluß in der Spule derart steuerbar ist, daß in den Magnetspal- ten ein asymmetrischer Magnetfluß mit einer Axialkraft- resultierenden erzeugbar ist. Mit der Kombination aus ei- nem Paar von axial entgegengesetzt polarisierten Perma- nentmagneten und einer radial benachbart angeordneten Spule kann auf die Anordnung von zwei Spulen verzichtet werden. Die eine Spule reicht aus, um durch entsprechende Steuerung von Richtung und Stärke des Stroms den axialen Magnetfluß in den Magnetspalten im gewünschten Sinn zu beeinflussen, indem je nach Bedarf das Magnetfeld in dem einen Magnetspalt verstärkt und in dem anderen Magnet- spalt abgeschwächt wird. Auf diese Weise kann auf den Ra- dialsteg eine Axialkraft ausgeübt werden. Durch die besondere Anordnung von Spule und Permanentma- gnete werden in dem Axialjoch vier Magnetteilflüsse aus- gebildet, von denen jeweils zwei axial und zwei radial nebeneinander liegen. Zwei der Magnetteilflüsse durchset- zen den Radialsteg und erzeugen in den Magnetspalten axial und entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder. Die beiden anderen Magnetteilflüsse durchsetzen das Axialjoch nach außen hin. Es versteht sich, daß radial nebeneinan- der auch mehrere Permanentmagnete und/oder Spulen vorge- sehen sein können.

Die erfindungsgemäße Magnetführungseinrichtung zeichnet sich durch geringe Instabilität in radialer Richtung so- wie durch niedrigeren konstruktiven Aufwand aus, weil nur eine elektrische Spule notwendig ist. Außerdem wird die Kraft/Strom-Charakteristik der Spule nicht durch die Per- manentmagnete beeinträchtigt.

Sofern die Magnetführungseinrichtung mit einem Regler versehen ist, wie er sich aus den oben genannten Dokumen- ten ergibt, kann die erfindungsgemäße Magnetführungsein- richtung als magnetisches Axiallager für Wellen verwendet werden, bei dem der Radialsteg in dem Axialjoch in einer einzigen definierten Stellung permanent axial zentriert ist. Zu dem Regler gehört dann ein Magnetflußsensor, der Axialbewegungen des zu führenden Elements, also der Wel- le, erfaßt und die Stromzufuhr zu der Spule so steuert, daß der Radialsteg und damit die Welle in dem Axialjoch im wesentlichen stationär gehalten wird. Zusätzliche Ra- diallager mechanischer oder magnetischer Art können dann für eine radiale Stabilisierung sorgen.

Wie schon oben erwähnt, eignen sich solche Magnetfüh- rungseinrichtungen aber auch dazu, Betätigungen durch Verschiebung des zu führenden Elements vorzunehmen, also die klassische Funktion eines Aktuators zu übernehmen.

Hierzu ist zweckmäßigerweise eine Steuereinrichtung vor- gesehen, über die das zu führende Element aus einer defi- nierten Stellung axial hin-und zurückbewegbar ist. Die Steuereinrichtung kann auch mit der oben beschriebenen Regeleinrichtung in der Weise kombiniert werden, daß das Element in der definierten Stellung und auch während des gesamten Hubs schwebend gehalten wird, also der Hub nicht durch Anschläge begrenzt wird.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Radialsteg als Ringsteg ausgebildet ist. Diese Ausführungsform ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Magnetführungseinrichtung als Axiallager für eine Welle dient. Bei der Ausbildung als Ringsteg besteht die Möglichkeit, über den Umfang des Ringstegs verteilt meh- rere Axialjoche der vorbeschriebenen Art anzuordnen. Kon- struktiv einfacher ist es jedoch, das Axialjoch als Ring- joch auszubilden, das den Ringsteg umgibt. Dabei sind die Permanentmagnete zweckmäßigerweise als axial magnetisier- te Ringmagnete und die Spule als Ringspule ausgebildet.

Um einen möglichst verlustfreien Magnetfluß zu erzeugen, sollten die Permanentmagnete an dem Axialjoch und anein- ander spaltlos anliegen. Aus dem gleichen Grund sollte die Spule an dem Axialjoch und an den Permanentmagneten spaltlos anliegen. Damit verbleiben allein die Magnet- spalte zwischen Radialsteg und Axialjoch.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß die Permanentmagnete der Umfangsseite des Radialstegs radial benachbart sind und die Spule radial außenseitig davon sitzt. Auf diese Weise ergibt sich ein besonders günstiger Magnetfluß.

Es versteht sich, daß das Element mehrere Radialstege in axialer Richtung hintereinander aufweisen kann und jeder Radialsteg dann von einem Axialjoch mit der erfindungsge- mäßen Anordnung von Permanentmagneten und Spule eingefaßt ist.

Nach der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß für das Element zusätzlich wenigstens ein vorzugsweise magneti- sches Radiallager vorhanden ist. Ein solches Radiallager - auch mehrere davon-sind insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Welle radial zentriert gehalten werden soll und Kippbeanspruchungen dieser Welle ausgeglichen werden sol- len. Ein solches Radiallager kann aber auch zur Verbesse- rung der Führung eines Betätigungselements (Aktuators) vorgesehen werden.

Das magnetische Radiallager sollte jeweils einen auf der Welle sitzenden Lagerring und einen diesen an zumindest einer Seite axial gegenüberliegenden Radiallagerstator aufweisen, wobei Permanentmagnete sowohl im Lagerring als auch im Radiallagerstator vorgesehen sind. Dabei sollten in radialer Richtung mehrere Permanentmagnete nebeneinan- der angeordnet sein, die zweckmäßigerweise aneinander an- liegen und abwechselnd entgegengesetzt polarisiert sind, d. h. daß jeweils zwei benachbarte Permanentmagnete am Ra- diallagerstator oder am Lagerring entgegengesetzt polari- siert sind. Hierdurch werden besonders hohen Magnetkräfte erzeugt.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, daß die Radialla- gerstatoren über den Umfang verteilt mehrere Teilstatoren mit Permanentmagneten aufweisen. Konstruktiv einfacher ist es jedoch, den Radiallagerstator als Ringstator und die Permanentmagnete als Ringmagnete auszubilden.

Es reicht aus, daß jedem Lagerring nur an einer Seite ein Radiallagerstator zugeordnet ist. Dabei kann der Ra- diallagerstator so angeordnet und ausgebildet sein, daß permanent eine Axialkraft in einer Richtung erzeugt wird.

Dies kann auch mit einer Ausführungsform geschehen, bei der der Lagerring an beiden Seiten von Radiallagerstato- ren mit Permanentmagneten eingefaßt ist. Auf diese Weise läßt sich ein besonders kräftiger Magnetfluß erzielen, der einer radialen Auslenkung der Welle entgegenwirkt. Es versteht sich, daß mehrere Radiallager vorgesehen sein können, die insoweit auch unterschiedlich gestaltet sind, d. h. daß der Lagerring des einen Radiallagers nur auf ei- ner Seite einen Radiallagerstator aufweist, während der Lagerring des anderen Radiallagers auf beiden Seiten Ra- diallagerstatoren hat. Ebenso versteht es sich, daß in- nerhalb eines Radiallagers auch mehrere Lagerringe mit einer entsprechenden Anzahl von Radiallagerstatoren vor- gesehen werden können. In diesem Fall handelt es sich le- diglich um eine Reihenanordnung von mehreren Radialla- gern.

Soweit zwei Radiallagerstatoren in einem Radiallager vor- gesehen sind, sollten sie zweckmäßigerweise zu einem im Querschnitt U-förmigen Joch vereint sein.

Magnetlager haben die Eigenschaft, daß sie nahezu keine Dämpfung bewirken. Nach der Erfindung ist deshalb vorge- sehen, daß wenigstens ein Radiallagerstator, vorzugsweise alle Radiallagerstatoren, über Feder-und Dämpferelemente radial beweglich an einem gehäusefesten Teil der Magnet- führungseinrichtung gelagert sind. Dies kann beispiels- weise mittels sich axial erstreckender Biegefedern ge- schehen, wobei der Radiallagerstator über mehrere, über den Umfang verteilte Biegefedern mit dem gehäusefesten Teil verbunden sein kann. Dabei können die Biegefedern jeweils Teil eines Käfigs sein, der die Enden der Biege- federn über Käfigringe verbindet und einerends mit dem Radiallagerstator und andererends mit dem gehäusefesten Teil gekoppelt ist. Um eine platzsparende Ausgestaltung zu erhalten, sollte der Käfig den jeweils zugehörigen Ra- diallagerstator umgeben.

Zusätzlich ist es zweckmäßig, daß sich der an Federele- menten aufgehängte Radiallagerstator über wenigstens ein Dämpfungselement an dem gehäusefesten Teil abstützt, das die radialen Auslenkungen der Federelemente dämpft. Dabei kann das Dämpfungselement jeweils ringförmig und koaxial zur Welle ausgebildet und entweder auf Druck oder auf Scherung beansprucht sein. In besonderer Ausgestaltung ist das Dämpfungselement als Flüssigkeitsfilm ausgebil- det, vorzugsweise mit magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln versehen, wobei der Flüssigkeitsfilm an wenig- stens einer Seite über einen Permanentmagneten magnetisch beaufschlagt wird, der Teil des passiven Magnetlagers sein kann. Auf diese Weise wird der Flüssigkeitsfilm ma- gnetisch eingefangen. Die Viskosität des Flüssigkeits- films kann den jeweiligen Anforderungen an die Dämpfung angepaßt werden.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausfüh- rungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigen : Figur 1 die Seitenansicht eine vollmagnetischen Wellen- lagerung mit Teilschnittdarstellung des oberen Teils ; Figur 2 einen Querschnitt durch ein Radiallager der Wellenlagerung gemäß Figur 1 ; Figur 3 eine perspektivische Darstellung eines Federkä- figs für das Radiallager gemäß Figur 2 ; Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des Axiallagers der Wellenlagerung gemäß Figur 1 und Figur 5 das Axiallager gemäß Figur 4 mit aktiver Beein- flussung des Magnetflusses.

Die in Figur 1 dargestellte Wellenlagerung 1 weist eine Welle 2 auf, die in zwei Radiallagern 5,6 und einem da- zwischen angeordneten Axiallager 9 gelagert ist.

Wie sich aus dem oberen Teil von Figur 1 ersehen läßt, ist die Welle 2 von insgesamt sechs Ringen umgeben, die gegen einen Bund 10 an der Welle 2 axial verspannt sind.

Auf eine erste Wellenhülse 11 mit der Nut 7 folgt eine Lagerscheibe 12, eine zweite Wellenhülse 13, eine Lager- scheibe 14, eine dritte Wellenhülse 15 und eine weitere Lagerscheibe 16.

Die Lagerscheiben 12,16 gehören zu den Radiallagern 5, 6. Sie werden jeweils beidseitig durch ein im Querschnitt U-förmiges, die Welle 2 koaxial umgebendes Radialjoch 17, 18 eingefaßt, wobei jedes Radialjoch 17,18 ein Paar von Radiallagerstatoren 19,20 bzw. 21, 22 aufweist, die die Schenkel der Radialjoche 17,18 bilden. Die Radiallager- statoren 19,20, 21,22 und die Lagerscheiben 12,16 wei- sen Permanentmagnete 23,24, 25,26 bzw. 27,28, 29,30 auf, die sich in den beiden Radiallagern 5,6 jeweils in axialer Richtung gegenüber stehen. Sie sind so polari- siert, daß sie sich jeweils anziehen, so daß sich in den Spalten zwischen den Lagerscheiben 12,16 und den Ra- diallagerstatoren 19,20, 21,22 ein axial gerichtetes und attrahierendes Magnetfeld ergibt. Die Magnetfelder zentrieren die Welle 2.

Die Permanentmagnete 23 bis 30 bestehen jeweils aus neun koaxial ineinander gesetzten Ringmagneten-beispielhaft mit 31 bezeichnet-, wie aus der vergrößerten Darstellung des Radiallagers 6 in Figur 2 zu ersehen ist. Die Ringma- gnete 31 eines Permanentmagneten 23 bis 30 liegen in ra- dialer Richtung aneinander an. Zwei in radialer Richtung benachbarte Ringmagnete 31 sind entgegengesetzt axial ma- gnetisiert. Die in axialer Richtung gegenüberliegenden Ringmagnete 31 von zwei benachbarten Permanentmagneten 23 bis 30 sind sich gegenseitig anziehend polarisiert, so daß ein axialer Magnetfluß entsteht.

Die Radialjoche 17,18 werden außenseitig von Federkäfi- gen 35, 36 umgeben (im unteren Teil von Figur 1 weggelas- sen) die am außenseitigen Rand mit den Radialjochen 17, 18 und am innenseitigen Rand mit Gehäusescheiben 37,38 (im unteren Teil von Figur 1 weggelassen) verbunden sind, welche wiederum an einem Gehäuse 39 fixiert sind. Der Fe- derkäfig 36 ist in Figur 3 im einzelnen dargestellt.

Randseitig hat er zwei Käfigringe 40,41, die über acht gleichmäßig verteilte, sich in Axialrichtung erstreckende Federstreben-beispielhaft mit 42 bezeichnet-verbunden sind. Die Federstreben 42 erlauben eine gegenseitige Par- allelverschiebung der beiden Käfigringe 40,41, wobei sich die Federstreben 42 in radialer Richtung verbiegen.

Die Radialjoche 17,18 können also radial auslenken. Zwischen den Radialjochen 17,18 und den Gehäusescheiben 37,38 befinden sich schmale Spalte, in denen jeweils ein Dämpfungsring 43,44 vorgesehen ist (Figur 1) Die Dämp- fungsringe 43,44 bestehen aus einem hochviskosen und mit magnetischen Partikeln versetzten Flüssigkeitsfilm. Der Flüssigkeitsfilm wird bei einer radialen Bewegung der Ra- dialjoche 17,18 auf Scherung beansprucht und wirkt auf diese Weise dämpfend. Er wird durch Ringmagnete 45,46 in den Radialjochen 17,18 eingefangen.

Die Lagerscheibe 14 gehört zu dem Axiallager 9. Sie wird beidseitig von einem Ringjoch 47 aus geblechtem Si-Eisen eingefaßt. Das Ringjoch 47 ist zwischen den beiden Gehäu- sescheiben 37,38 eingefaßt und fixiert. Es hat einen äu- ßeren Jochmantel 48, von dem zwei nach innen gerichtete Jochschenkel 49,50 ausgehen, die L-förmigen Querschnitt haben und die Lagerscheibe 14 mit gegeneinander gerichte- ten Schenkelabschnitten einfassen, wobei zwei Magnetspal- te 51,52 entstehen. Der Umfangsseite der Lagerscheibe 14 benachbart befinden sich innerhalb des Ringjochs 47 zwei axial nebeneinander liegende Permanentmagnete 53,54, welche-symbolisiert durch die Dreiecke-entgegenge- setzt axial polarisiert sind. Sie liegen aneinander und an den Jochschenkeln 49,50 an. Sie werden von einer elektromagnetischen Ringspule 55 umgeben, die den Raum zwischen den Permanentmagneten 53,54 sowie dem Jochman- tel 48 und den Jochschenkeln 49,50 ausfüllt. Wie insbesondere aus Figur 4 zu ersehen ist, werden durch die beiden Permanentmagnete 53,54 insgesamt vier Ma- gnetteilflüsse 56,57, 58, 59 erzeugt, wobei jeweils be- nachbarte Magnetteilflüsse 56,57, 58,59 entgegengesetzt gerichtet sind. Die innenseitigen Magnetteilflüsse 56,57 bilden in den Magnetspalten 51,52 axial gerichtete Ma- gnetflüsse aus, so daß sich die einander gegenüber lie- genden Flächen in den Magnetspalten 51,52 gegenseitig anziehen. In der Mittellage der Lagerscheibe 14 heben sich die Magnetkräfte auf. Die außenseitigen Ma- gnetteilflüsse 58, 59 gehen über die Jochschenkel 49,50 in den Jochmantel 48 und von dort über die Ringspule 55 wieder in die Ringmagnete 45,46.

Aufgrund der magnetischen Instabilität der Welle 2 in axialer Richtung muß über das Axiallager 9 eine axiale Stabilisierung bewirkt werden. Dies geschieht bei einer axialen Auslenkung der Lagerscheibe 14 dadurch, daß diese Auslenkung von einem hier nicht näher dargestellten, im Stand der Technik bekannten Sensor erfaßt wird und hier- durch der ebenfalls nicht dargestellte Regler den Strom- zufluß zu der Ringspule 55 so steuert, daß ein zusätzli- cher Magnetfluß erzeugt wird, der insgesamt zu einer asymmetrischen Magnetflußverteilung innerhalb des Axiallagers 9 führt. Dies ist aus Figur 5 zu ersehen. In diesem Fall liegt eine minimale Auslenkung der Lager- scheibe 14 nach rechts vor. Hierdurch wird die Ringspule 55 durch einen elektrischen Strom beaufschlagt, der eine solche Richtung hat, daß die diagonal gegenüber liegenden Magnetteilflüsse 56,59 verstärkt-symbolisiert durch die dichteren Flußlinien-und die anderen Magnet- teilflüsse 57, 58 abgeschwächt werden. Hierdurch erhöht sich die anziehende Kraft im linken Magnetspalt 51, wäh- rend sich die Magnetkraft im rechten Magnetspalt 52 ab- schwächt. Der axialen Auslenkung der Lagerscheibe 14 nach rechts wird also eine magnetische Anziehungskraft in axialer Richtung entgegengesetzt mit der Folge, daß die Lagerscheibe 14 in Bezug auf das Ringjoch 47 wieder zen- triert wird.

Das in den Figuren 4 und 5 dargestellte Axiallager 47 kann auch aus der Wellenlagerung 1 herausgelöst verwendet werden, beispielsweise wenn die Welle 2 magnetisch nur in axialer Richtung stabilisiert werden soll und in radialer Richtung mittels Gleit-oder Wälzlagern gelagert ist. Des weiteren kann das Axiallager 47 auch als Aktuator einge- setzt werden, wenn die Welle 2 beispielsweise als Stempel ausgebildet wird. Der Stempel kann wie die Welle 2 in der Wellenlagerung 1 vollmagnetisch in einer Schwebelage ge- halten werden. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Stempel axial beweglich über mechanische Lagerlate- ralführungen zu lagern.

Innerhalb der Breite der Magnetspalte 51,52 kann die La- gerscheibe 14 und damit der Stempel axial versetzt wer- den, indem die Spule 55 mit einem entsprechend gerichte- ten elektrischen Strom beaufschlagt wird. Dabei können die Stirnseiten der Jochschenkel 49,50 als Anschläge dienen. Durch entsprechende Steuerung des auf die Spule 55 wirkenden Stroms kann die Lagerscheibe 14 auch zwi- schen zwei magnetisch definierten Stellungen axial ver- setzt werden, so daß ein Anschlagen an den Jochschenkeln 49,50 vermieden wird. Der Stempel kann beispielsweise zur Betätigung von elektrischen Schaltern, als Druck- oder Prägestempel etc. verwendet werden.