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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kipplagerungseinrichtung für Spiegelelemente, insbesondere Facettenspiegelelemente, von vorzugsweise Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie. Vor allem betrifft die vorliegende Erfindung eine Kipplagerungseinrichtung mit einer Lagerplatte zur Aufnahme mindestens eines Spiegelelements und mit mindestens einem Blattfedergelenk und einer Basis, wobei die Basis über das oder die Blattfedergelenke so mit der Lagerplatte verbunden ist, dass die Lagerplatte gegenüber der Basis um mindestens eine Drehachse verkippbar ist. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Kipplagerungseinrichtung und ein System aus einer derartigen Kipplagerungseinrichtung mit unterschiedlichen Komponenten zu deren Anpassung.
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STAND DER TECHNIK
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In optischen Systemen, wie Projektionsbelichtungsanlagen für die Mikrolithographie, insbesondere in deren Beleuchtungssystemen, kommen Spiegelelemente, wie Facettenspiegel, zum Einsatz, bei denen die Ausrichtung des bzw. der Spiegelelemente verstellbar ist, um unterschiedliche optische Einstellungen vornehmen zu können. Beispielsweise werden in Beleuchtungssystemen von Projektionsbelichtungsanlagen Feldfacettenspiegel eingesetzt, bei denen die Feldfacetten über eine Kipplagerungseinrichtung gelagert sind, mit deren Hilfe die Feldfacetten um mindestens eine Drehachse verkippt werden können.
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Bei derartigen Kipplagerungseinrichtungen ist es erforderlich, dass die Verkippung möglichst exakt, zuverlässig und mit wenig Kraftaufbringung erfolgen kann. Andererseits ist es notwendig, die an den Spiegelelementen durch auftreffende Strahlung entstehende Wärme über die Kipplagerungseinrichtung abzuführen. Üblicherweise kann eine gute Wärmeableitung bei Vorliegen eines großen Materialquerschnitts gewährleistet werden, wobei jedoch gleichzeitig das Vorsehen eines großen Materialquerschnitts bei einer Kippeinrichtung hohe Verstellkräfte bedingt. Wenn beispielsweise Blattfedergelenke zur Verkippung eingesetzt werden sollen, würde eine Verbesserung der Wärmeableitung durch Einsatz einer Vielzahl an Blattfedern zu einer Erhöhung der Kippkräfte führen.
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Darüber hinaus ist es erforderlich, dass eine entsprechende Kipplagerungseinrichtung möglichst variable und flexible Verkippung mit einem großen Kippbereich für die darauf angeordneten Spiegelelement zulässt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kipplagerungseinrichtung bereitzustellen, welche eine möglichst exakte und variable Verkippung der auf der Kipplagerungseinrichtung gelagerten Spiegelelemente mit einem großen Kippbereich bei geringen Kippkräften ermöglicht, wobei gleichzeitig eine gute Wärmeableitung der an den Spiegelelementen erzeugten Wärme gegeben sein soll. Dabei soll die Kipplagerungseinrichtung einfach herstellbar und zuverlässig und leicht bedienbar sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Kipplagerungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 9 sowie einem Verfahren zur Herstellung einer Kipplagerungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 14 und einem System aus einer Kipplagerungseinrichtung und Anpasselementen mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Kipplagerungseinrichtung der vorliegenden Erfindung weist eine Lagerplatte zur Aufnahme mindestens eines Spiegelelements, wie beispielswese eines Facettenspiegelelements, und mindestens ein Blattfedergelenk, vorzugsweise zwei Blattfedergelenke, und eine Basis auf. Die Basis ist über das oder die Blattfedergelenke so mit der Lagerplatte verbunden, dass die Lagerplatte gegenüber der Basis um mindestens eine, vorzugsweise zwei unterschiedliche Drehachsen verkippbar ist. Die Blattfedergelenke sind hierbei an einer Seite der Lagerplatte angeordnet, die der Seite mit dem Spiegelelement gegenüberliegt. Die Lagerplatte definiert eine Plattenebene, die parallel zu den Hauptflächen der Lagerplatte verläuft, also parallel zu den Flächen mit den größten Dimensionen der Lagerplatte ausgerichtet ist. Entsprechend ist die Lagerfläche, an der das oder die Spiegelelemente angeordnet werden, eine erste Hauptfläche und die von dieser Fläche abgewandte Seite der Lagerplatte die zweite Hauptfläche, an deren Seite die Blattfedergelenke zur kippbaren Lagerung der Lagerplatte angeordnet sind.
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Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung zeichnet sich die Kipplagerungseinrichtung dadurch aus, dass sämtliche Blattfedergelenke, insbesondere zwei Blattfedergelenke, die zwei quer, insbesondere senkrecht zueinander angeordnete Drehachsen für die Verkippung der Lagerplatte realisieren, in einer Richtung quer, insbesondere senkrecht zur Plattenebene nicht hintereinander, sondern in einer Richtung parallel zur Plattenebene nebeneinander angeordnet sind. Durch eine derartige verschachtelte Bauweise, in der mehrere Blattfedergelenke, insbesondere zwei Blattfedergelenke nebeneinander bzw. ineinander angeordnet sind, kann eine geringe Bauhöhe der Kipplagerungseinrichtung erzielt werden, die eine einfachere und günstigere Auslenkung der Blattfedergelenke ermöglicht. Außerdem kann durch eine geringere Bauhöhe bei gleichem seitlichem Bauraum ein größerer Kippbereich erzielt werden, da ein zur Betätigung der Verkippung der Lagerplatte verwendeter Stellhebel eine geringere Länge aufweisen kann.
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Die Blattfedergelenke können aus einer oder mehreren Blattfedern gebildet sein, die eine plattenförmige Gestalt aufweisen, wobei die Platten entlang einer Blattfederebene angeordnet sind, die durch die Hauptflächen der Blattfeder, also die Flächen mit den größten Dimensionen der Blattfeder, definiert sind. Die Blattfederebenen schneiden die Drehachse, die den entsprechenden Blattfedergelenken zugeordnet ist, entlang einer Linie. Durch die bereits oben beschriebene komprimierte Bauweise mit ineinander verschachtelten oder nebeneinander angeordneten Blattfedergelenken sind alle Blattfedern in einer Richtung parallel zur Plattenebene der Lagerplatte zumindest teilweise nebeneinander bzw. überlappend angeordnet.
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Üblicherweise können mehrere Blattfedern zu einem Blattfederpaket zusammengeschlossen sein, wobei ein Blattfedergelenk durch ein Blattfederpaket oder mehrere Blattfederpakete gebildet sein kann. Die Blattfedern eines Blattfederpakets können entsprechend der Anordnung der Blattfederebenen, die die Drehachse entlang einer Linie schneiden, in einem spitzen Winkel zueinander angeordnet sein, wobei jeweils zwei benachbarte Blattfedern eines Blattfederpakets mit ihren Hauptflächen aufeinander zu weisen.
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Die Blattfederpakete eines Blattfedergelenks können beabstandet voneinander angeordnet sein und insbesondere ein anderes Blattfedergelenk bzw. ein entsprechendes Blattfederpaket davon umschließen, um die oben angesprochene kompakte und ineinander geschachtelte Bauweise der Blattfedergelenke zu ermöglichen.
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Die Blattfedern können einerseits direkt an der Lagerplatte oder einem Zwischenrahmen und andererseits an der Basis oder einem Stützrahmen befestigt sein. Insbesondere kann die Kipplagerungseinrichtung ein erstes Blattfedergelenk aufweisen, bei dem die Blattfedern mit einem, einer Drehachse der Lagerplatte nahen Ende an der Lagerplatte und mit dem anderen Ende an einem Stützrahmen angeordnet sind, wobei der Stützrahmen wiederum an einem Zwischenrahmen befestigt ist, in dem die Blattfedern des zweiten Blattfedergelenks mit einer zum ersten Blattfedergelenk um 90° verdrehten Drehachse befestigt sind. Die Blattfedern, die mit ihrem einen, der Drehachse nahen Ende an dem Zwischenrahmen befestigt sind, können entsprechend mit ihrem anderen Ende an der Basis angeordnet sein.
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Die ineinander geschachtelte Bauweise mit nebeneinander angeordneten Blattfedergelenken ermöglicht es auch, dass die Befestigungspunkte der Blattfedern an der Lagerplatte bzw. am Zwischenrahmen jeweils nahe der jeweiligen Drehachse sind, was in einer geringen Auslenkung des Angriffspunkts der Blattfeder durch Starrkörperbewegung der Lagerplatte und zu einer günstigen Biegelinie führt.
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Die Lage der Befestigung der Blattfedern entweder an der Lagerplatte oder an einem Zwischenrahmen kann innerhalb eines Kreises um eine entsprechende Drehachse der Lagerplatte liegen, dessen Radius kleiner als ein Drittel, vorzugsweise kleiner als ein Viertel, insbesondere kleiner als ein Zehntel der Länge der Blattfedern ist.
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Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den selbstständig und in Kombination mit anderen Aspekten der Erfindung Schutz begehrt wird, weisen die Blattfedergelenke eine Vielzahl von Blattfedern auf, so dass insgesamt die Anzahl der Blattfedern zwischen der Lagerplatte und der Basis so hoch ist, dass eine ausreichend hohe Wärmeleitung zwischen der Lagerplatte und der Basis ermöglicht wird. Insbesondere können mehr als fünf, vorzugsweise mehr als zehn, höchst vorzugsweise mehr als zwanzig Blattfedern zwischen Lagerplatte und Basis angeordnet sein, und die Wärmeleitfähigkeit über die Blattfedern kann einen Betrag von mehr als 0,2 W/K aufweisen. Dadurch wird gewährleistet, dass die an den auf der Lagerplatte angeordneten Spiegelelementen erzeugte Wärme zuverlässig abgeführt werden kann.
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Weiterhin kann ein Stellhebel vorgesehen sein, mit dem die Lagerplatte verkippt werden kann. Der Stellhebel kann so ausgebildet sein, dass er mit einem Ende mit der Lagerplatte verbunden ist und mit dem anderen, von der Lagerplatte beabstandeten Ende verschwenkt werden kann, um ein Verkippen der Lagerplatte zu bewirken. Um trotz einer Vielzahl von Blattfedern in einem Blattfedergelenk und trotz geringerer Bauhöhe weiterhin eine einfache Verkippung der Lagerplatte zu ermöglichen, kann der Stellhebel in Richtung der Lagerplatte und insbesondere in Richtung des Drehpunkts des Stellhebels vorgespannt sein, um so eine leichtere Verkippung bzw. ein Verschwenken um die Drehachse des entsprechenden Blattfedergelenks zu ermöglichen.
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Zur Vorspannung des Stellhebels können unterschiedliche Vorspannfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten eingesetzt werden, so dass bei der Kipplagerungseinrichtung in einfacher Weise die Kippsteifigkeit angepasst werden kann. Entsprechend kann ein System aus einer Kipplagerungseinrichtung und einem Satz Vorspannfedern mit unterschiedlichen Federkonstanten zur Anpassung der Kippstabilität gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung vorgesehen werden, für welchen unabhängig und in Kombination mit anderen Aspekten der Erfindung Schutz begehrt wird.
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Bei den Kipplagerungseinrichtungen der vorliegenden Erfindung kommen Blattfedergelenke zum Einsatz, die nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, für den wiederum selbstständig und in Kombination mit anderen Aspekten Schutz begehrt wird, in besonders einfacher und günstiger Weise durch Drahterodieren hergestellt werden kann. Damit ist eine einfache Herstellmöglichkeit gegeben.
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Um bei einer Kipplagerungseinrichtung mit zwei senkrecht zueinander liegenden Drehachsen, denen jeweils ein Blattfedergelenk zugeordnet ist, die Blattfedergelenke ebenfalls durch Blatterodieren herstellen zu können, können die jeweiligen Blattfedergelenke der zwei Drehachsen in zwei separaten, voneinander lösbaren oder getrennt herstellbaren Komponenten angeordnet sein, um sie nach dem Drahterodieren der Blattfedern zu einer Kipplagerungseinrichtung zu kombinieren.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die beigefügten Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
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1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kipplagerungseinrichtung;
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2 eine perspektivische Ansicht einer ersten Komponente der Kipplagerungseinrichtung aus 1 mit einem ersten Blattfedergelenk;
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3 eine perspektivische Ansicht einer zweiten Komponente der Kipplagerungseinrichtung aus 1 mit einem zweiten Blattfedergelenk;
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4 eine perspektivische Ansicht der Kipplagerungseinrichtung aus 1, die zusätzlich mit einem Stellhebel und Vorspannfedern versehen ist;
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5 eine perspektivische Schnittansicht der Kipplagerungseinrichtung aus 4; und in
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6 eine zweite, um 90° gegenüber der Darstellung der 5 gedrehte Schnittansicht der Kipplagerungseinrichtung aus 4.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beigefügten Zeichnungen deutlich. Allerdings ist die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Die Figur zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Kipplagerungseinrichtung mit einer Basis 1 und einer um zwei senkrecht zueinander stehenden Drehachsen 20, 21 verkippbaren Lagerplatte 2. Die Lagerplatte 2 ist über zwei Blattfedergelenke 5, 6; 8, 9 auf der Basis 1 gelagert, um die Kippbewegungen um die Drehachsen 20, 21 durchführen zu können. Die Kipplagerungseinrichtung aus 1 weist mindestens zwei trennbare bzw. getrennt herstellbare Komponenten 7 und 19 auf, die in den 2 und 3 dargestellt sind. Die Lagerplattenkomponente 7 umfasst die Lagerplatte 2, an deren der Lagerfläche gegenüberliegenden Hauptfläche eine Vielzahl an Blattfedern angeordnet sind. Die Blattfedern 3 sind in zwei Blattfederpaketen 5, 6 angeordnet, die V-förmig angeordnet sind und zusammen das Blattfedergelenk bilden. Die Blattfedern 3 sind mit ihren Hauptflächen entlang von Blattfederebenen angeordnet, die mit der Drehachse 20 eine linienförmige Schnittlinie bilden. Entsprechend kann die Lagerplatte 2 um die Drehachse 20 verkippt werden.
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An dem Ende, das der Lagerplatte 2 gegenüberliegt, sind die Blattfedern 3 der Blattfederpakete 5, 6 in einem U-förmigen Stützrahmen 4 an dessen Basisschenkel angeordnet, während sich die beiden seitlichen Schenkel des U-förmigen Stützrahmens 4 von dem Basisschenkel des Stützrahmens 4 in Richtung der Lagerplatte 2 erstrecken.
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Die seitlichen Schenkel des Stützrahmens 4 dienen dazu, die Lagerplattenkomponente 7 mit der Basiskomponente 19 zu verbinden, welche ebenfalls zwei Blattfederpakete 8, 9 zur Bildung eines Blattfedergelenks aufweist. Das Blattfedergelenk mit den Blattfederpaketen 8, 9 ermöglicht ein Verkippen oder Verschwenken der Lagerplatte um die Drehachse 21, die senkrecht zur Drehachse 20 angeordnet ist. Ist die Lagerplattenkomponente 7, wie in 1 gezeigt, in der Basiskomponente 19 aufgenommen, kann aufgrund der Blattfedergelenke 5, 6; 8, 9 ein Verkippen der Lagerplatte um die beiden Drehachsen 21, 22 erfolgen.
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Die Blattfedern der Blattfederpakete 8, 9 sind jeweils in einem Zwischenrahmen 10, 11 aufgenommen, der weiterhin zur Anordnung des Stützrahmens 4 der Lagerplattenkomponente 7 dient. Die Blattfedern der Blattfederpakete 8, 9 sind wiederum mit ihrem Hauptflächen entlang von Blattfederebenen angeordnet, die sternförmig in die Drehachse 21 münden.
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Durch die Vielzahl von Blattfedern 3 ist eine gute Wärmeleitfähigkeit der Kipplagerungseinrichtung gegeben, da Wärme von der Lagerplatte 2 über die Vielzahl von Blattfedern der Blattfederpakete 5, 6, sowie über den Stützrahmen 4 und den Zwischenrahmen 10, 11 und die Blattfederpakete 8, 9 in die Basis abgeleitet werden kann.
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Die Basis 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel zylinderförmig mit einem zentralen Hohlraum 12 ausgebildet, in welchem, wie in den nachfolgenden 4 bis 6 dargestellt ist, ein Teil eines Stellhebels 13 zur Verstellung der Lagerplatte 2 aufgenommen ist. Wie insbesondere in der 6 zu erkennen ist, weist der Stellhebel 13 zwei Arme 14, 15 auf, die das Blattfedergelenk 5, 6 der Lagerplattenkomponente 7 seitlich umgreifen, um an der der Lagerfläche gegenüberliegenden Unterseite der Lagerplatte 2 mit der Lagerplatte 2 im Eingriff zu stehen, sodass durch ein Verkippen der Stellhebels 13 und somit der Arme 14, 15 ein Verkippen der Lagerplatte 2 möglich ist. Die Arme 14 und 15 sind durch eine Quertraverse 19 unterhalb der Lagerplattenkomponente 2 bzw. des Stützrahmens 4 miteinander verbunden und weisen an ihren der Lagerplatte 2 gegenüberliegenden Enden eine weitere Querstrebe 22 auf, an der ein Magnet 16 einer Magnetkupplung zur Verbindung mit einem Stellmotor angeordnet ist.
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Über die Quertraverse 19 wird der Stellhebel 13 in Richtung der Lagerplatte 2 vorgespannt, da unterhalb der Quertraverse 19 ein Federhalter 23 angeordnet ist, in den zwei Vorspannfedern 17, 18 eingreifen, die sich gegenüber der Basis 1 abstützen, wobei das der Lageplatte 2 gegenüberliegende Ende des Stellhebels in der zentralen Öffnung 12 der Basis 1 aufgenommen ist. Durch die Vorspannung des Stellhebels 13 mit den Vorspannfedern 17, 18 wird ein einfacheres Verkippen der Lagerplatte 2 ermöglicht, sodass der Kraftaufwand für den Stellmotor geringer ist und somit die Kupplungskraft der Magnetkupplung niedrig gehalten werden kann. Insbesondere kann durch die Vorspannung des Stellhebels 13 mit den Vorspannfedern 17, 18 auch eine große Anzahl von Blattfedern 3 in den Blattfedergelenken 5, 6; 8, 9 eingesetzt werden, um eine gute Wärmeableitung von der Lagerplatte 2 in die Basis 1 zu ermöglichen, wobei in der Basis 1 zusätzlich Wärmetauschmittel zur Kühlung vorgesehen sein können.
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Durch das ineinander geschachtelte Vorsehen von zwei Blattfedergelenken mit den nebeneinander angeordneten Blattfederpaketen 5, 6; 8, 9 kann eine geringe Bauhöhe der Kipplagerungseinrichtung realisiert werden und zugleich können die Blattfedern in der Nähe der Drehachsen angeordnet werden, was eine günstigere Biegelinie für die Blattfedergelenke zur Folge hat.
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Außerdem kann durch die geringe Bauhöhe der Kipplagerungseinrichtung der Stellhebel kürzer ausgeführt werden, sodass bei gleichem seitlichen Bauraum eine Vergrößerung des Verkippungsbereichs möglich wird.
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Da die Lagerplattenkomponente 7 und die Basiskomponente 19 separat voneinander hergestellt werden können, können die Blattfedern in günstiger Weise durch Drahterodieren hergestellt werden.
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Durch das Vorspannen des Stellhebels kann die Steifigkeit der Drehgelenke angepasst werden und insbesondere kann durch Auswahl bestimmter Vorspannfedern mit geeigneten Federkonstanten die gewünschte Kippsteifigkeit eingestellt werden.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des beigefügten Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden, sofern der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die vorliegende Offenbarung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
