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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Gelenk mit flexiblen Verbindungen,
das erste und zweite identische Teile aufweist, die teilweise ineinandergreifen
und relativ zueinander um eine gemeinsame Achse entgegen der Wirkung
mindestens einer Rückstellblattfeder
drehbar sind, die ein erstes und ein zweites Ende aufweist, welche
in dem ersten bzw. dem zweiten Teil verankert sind.
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Gelenke
dieses Typs werden für
verschiedene Anwendungszwecke verwendet, bei denen ein Gerät oder Organ
derart montiert wird, daß es
unter Einwirkung einer Rückstellkraft über einen
Drehwinkel mit geringer Öffnung
drehbar ist. Als Beispiele für diese
Geräte
oder Organe können
Meßinstrumentanzeigenadeln,
Drehspiegel, Waagschalen, etc., etc... genannt werden.
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Insbesondere
aus dem Französischen
Patent 2 199 370 ist ein derartiges Gelenk mit zwei identischen,
axial aufeinander ausgerichteten Hülsen bekannt, von denen jede
eine Verlängerung
aufweist, die zum Eingreifen in eine Ausnehmung in der anderen Hülse ausgebildet
ist. Zwei gekreuzte flexible Blätter
verbinden die beiden Hülsen
elastisch miteinander, welche über
einen kleinen Winkel relativ zueinander entgegen der Wirkung von
Rückstellkräften drehbar
sind, welche die Blätter
auf die Hülsen
aufbringen. Die Blätter
sind in axialen Nuten verankert, die in den beiden Hülsen ausgebildet
sind.
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Um
die Blätter
in den Nuten zu halten, kann Schweißen verwendet werden, wenn
die Materialien, die die Blätter
und die Hülse
bilden, metallisch sind. Jedoch hat die mit dem Schweißen einhergehende Erwärmung der
Blätter
die Auswirkung einer unkontrollierbaren Verschlechterung der mechanischen
Eigenschaften der Blätter,
insbesondere wenn diese sehr dünn
sind, wie dies der Fall ist, wenn das Gelenk für das Montieren eines empfindlichen
mechanischen Organs, beispielsweise eine Anzeigenadel, verwendet
wird. Die Gleichge wichts- oder Ruhestellung des gestützten Organs
kann dadurch verfälscht werden
und die Zuverlässigkeit
der Montage kann verändert
werden.
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Es
kann auch ein Kleber zum Befestigen der Blätter in den Nuten verwendet
werden. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften von Klebern verändern sich
jedoch mit der Zeit oder aufgrund der Umwelteigenschaften (Vakuum,
extreme Temperaturen), wie dies insbesondere im Weltraum der Fall
ist.
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Die
genaue Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Gelenk mit
flexiblen Verbindungen von dem in der Einleitung der vorliegenden
Beschreibung angegebenen Typ zu schaffen, das nicht die zuvor genannten
Nachteile aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung sowie andere, die sich aus der Lektüre der nachfolgenden
Beschreibung ergeben, werden mit einem Gelenk mit flexiblen Verbindungen
gelöst,
das erste und zweite identische Teile aufweist, die teilweise ineinandergreifen
und relativ zueinander um eine gemeinsame Achse entgegen der Wirkung
mindestens einer Rückstellblattfeder
drehbar sind, die ein erstes und ein zweites Ende aufweist, welche
in dem ersten bzw. dem zweiten Teil verankert sind.
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Nach
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist jedes der Enden des Blatts in einer
axialen Aufnahme, die in einem der Teile vorgesehen ist, zwischen
einem Teil der Wand der Aufnahme und einem Paar von übereinander
angeordneten Klemmkeilen geklemmt ist, die zwischen einem anderen
Teil der Wand der Aufnahme und dem Blatt verkeilt sind.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus
der Lektüre
der nachfolgenden Beschreibung und aus der Betrachtung der zugehörigen Zeichnungen,
welche zeigen:
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1 eine
perspektivische Darstellung eines ersten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiels
eines Gelenks mit zwei flexiblen Blättern;
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2 eine
teilweise weggebrochene Ansicht des Gelenks von 1 zur
Darstellung seines inneren Aufbaus, und
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3 eine
Explosionsdarstellung eines zweiten nicht beanspruchten Ausführungsbeispiels mit
drei flexiblen Blättern,
und
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4 eine
Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,
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5 eine
teilweise weggebrochene Ansicht des Ausführungsbeispiels von 4 nach
der Montage, und
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6 eine
Darstellung eines Details des Ausführungsbeispiels der 4 und 5.
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Wie
sich aus der 1 der zugehörigen Zeichnungen ergibt, weist
das dargestellte Ausführungsbeispiel
eines Gelenks ein erstes und ein zweites Teil 1, 2 auf,
die miteinander identisch sind und teilweise ineinandergeschoben
sind, so daß sie
zusammen ein im wesentlichen zylindrisches Drehgelenk bilden, das
eine Drehung des einen Teils in bezug zum anderen um die Gelenkachse
X ermöglicht.
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Das
Teil 1 ist von zwei Bereichen 1a, 1b in gegenseitiger
Verlängerung
entlang der Achse X gebildet. Der Bereich 1a weist eine
drehzylindrische Außenfläche auf
und ist von einer im wesentlichen halbzylindrischen Ausnehmung durchsetzt.
Der Bereich 1b hat die Form eines Fußes mit im wesentlichen halbzylindrischer
Außenkontur.
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Das
Teil 2 ist aus den Bereichen 2a, 2b gebildet,
deren jeweilige Geometrie mit derjenigen der Bereiche 1a, 1b des
Teils 1 identisch ist.
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Wie
in der 1 dargestellt, sind die Teile 1 und 2 derart
ineinander geschoben, daß der
Fuß 1b, 2b des
einen jeweils in der im wesentlichen halbzylindrischen Ausnehmung
des Bereichs 2a, 1a des anderen aufgenommen ist.
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Wie
in der 1 ebenfalls erkennbar, weist der Fuß 1b des
Teils 1 eine drehzylindrische Fläche 3 mit einem Radius,
der geringfügig
kleiner als derjenige der Ausnehmung des Bereichs 2a ist,
und zwei ebene axiale Flächen 4, 5 auf,
die sich parallel zur Achse X über
die gesamte Höhe
des Fußes 1b erstrecken.
Diese Flächen 4, 5 sind
zum Zusammenwirken mit ähnlichen
Flächen 6, 7,
ausgebildet, welche in der Ausnehmung des Bereichs 2a ausgebildet sind,
um als Anschläge
zu dienen, welche die maximale Winkelstellung der Teile 1, 2 in
bezug zueinander begrenzen.
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Gelenke
mit flexiblen Blättern
dienen im wesentlichen dem Stützen
von Organen, die Drehungen mit geringer Winkelamplitude unterzogen
werden, wie beispielsweise ein Drehspiegel, der das Abtasten einer
Fläche
mit einem Nadellichtstrahl steuert. Die Anschlagflächen 4, 5, 6, 7 ermöglichen
eine präzise Definition
der Grenzen dieser Drehungen.
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Wie
bereits zuvor ersichtlich, sind der Fuß 1b des Teils 1 und
die aus dem Bereich 2a des Teils 2 ausgenommene
Ausnehmung im wesentlichen halbzylindrisch und nicht strikt halbzylindrisch,
wobei die Flächen 4, 5 einerseits
und 6, 7 andererseits nicht in derselben durch
die Achse X verlaufenden Ebene liegen können und ihre relative Neigung
die Amplitude ihrer zulässigen
relativen Drehung definiert.
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Selbstverständlich ist
der Fuß 2b des
Teils 2 wie der Fuß 1b des
Teils 1 geformt. Gleiches gilt für die Bereiche 2a und 1a der
Teile 2 bzw. 1.
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Zwei
Blattfedern 8 und 9, die in der teilweise weggebrochenen
Darstellung in der 2 vollständiger zu sehen sind, verbinden
die Teile 1 und 2. Das Blatt 8 ist daher
zwischen dem Fuß 1b des
Teils 1 und dem Bereich 2a des Teils 2 angebracht,
während
das Blatt 9 zwischen dem Fuß 2b des Teils 2 und
dem Bereich 1a des Teils 1 angebracht ist. Die
Ebenen der Blätter 8 und 9 verlaufen
axial und kreuzen sich.
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Die
Blätter 8 und 9 haben
Enden, die als offene Schleifen 81 , 82 und 91 , 92 ausgebildet sind, um in die komplementären zylindrischen
axialen Ausnehmungen in den Teilen einzugreifen, welche sie verbinden.
Wie in der 2 dargestellt, werden die schleifenförmigen Enden 81 , 82 des
Blatts 8 in die Aufnahmen 10, 11 eingeschoben,
die jeweils aus dem Bereich 2a des Teils 2 und
dem Fuß 1b des
Teils 1 ausgenommen sind. Das Blatt 9 ist in analoger
Weise angeordnet, wobei eines seiner Enden in der axialen Aufnahme 10' und das andere
Ende in der axialen Aufnahme 11' sitzt. Es ist ersichtlich, daß sich die axialen
Aufnahmen 10, 11 und 10', 11' von einem Ende des Gelenks zum
anderen erstrecken, um die Herstellung der Teile zu vereinfachen.
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Es
ist verständlich,
daß ein
Drehen eines der Teile 1, 2 in bezug zum anderen
ein Biegen der Blattfedern 8, 9 bewirkt, welche
daher auf die Teile, mit denen sie fest verbunden sind, ein Rückstelldrehmoment
in Richtung einer Ruhe-Winkelstellung
aufbringen, in der die Blätter
keiner Biegekraft ausgesetzt sind.
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Zwar
kann das Gelenk im Prinzip nur eine einzige Blattfeder aufweisen,
jedoch wird eine Ausbildung mit zwei Blättern bevorzugt, wodurch die
Kompensation von Abweichungen, die mit der Zeit die Steifigkeit
der Blätter
beeinträchtigen
können,
sichergestellt ist und eine bessere axiale Führung aufgrund der durch diese
Anordnung erzeugten ausgeglicheneren radialen Steifigkeit bewirkt
wird.
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Nach
einem wesentlichen Merkmal sind die schleifenförmigen Enden der Blätter 8, 9 in
den Teilen, welche sie verbinden, durch Verkeilen verankert. Wie
aus der 2, der teilweise weggebrochenen Ansicht
des schleifenförmigen
Endes 91 des Blatts 9 deutlicher
erkennbar, wird diese Verkeilung mittels einer geschlitzten zylindrischen
Hülse 12 und
einer konischen Achse 13 erreicht, welche nacheinander
in dieses schleifenförmige
Ende eingeschoben werden, nachdem dieses in die zum Aufnehmen desselben
im Teil 2 ausgebildete axiale Aufnahme eingesetzt ist.
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Der
Durchmesser der geschlitzten Hülse 12 ist
derart gewählt,
daß er
das Einsetzen der Hülse
in das schleifenförmige
Ende 91 ermöglicht. Die Hülse 12 hat
eine innere Konizität,
die an die Konizität
der Achse 13 angepaßt
ist.
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Das
Einsetzen der konischen Achse 13 in die Hülse 12 weitet
diese, wodurch das schleifenförmige Ende 91 durch Verkeilen in der dieses aufnehmenden Ausnehmung
blockiert.
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Die
innere Konizität
der Hülse 12 verbessert die
Verkeilung dadurch, daß sie
eine gleichmäßige Verteilung
der zum Verkeilen erforderlichen Klemmkräfte von einem Ende des schleifenförmigen Endes zum
anderen bewirkt.
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Die
Hülse isoliert
ferner bei der Montage des Gelenks die Blattfeder von der konischen
Achse 13 gegenüber
axialen Kräften,
welche diese allein darauf übertragen
könnte.
Derartige axiale Kräfte
wären in
der Lage, das Blatt zum Nachteil der Wiederholbarkeit der Gelenkfunktionen
zu verschieben, zu verformen oder vorzuspannen.
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Die
vier schleifenförmigen
Enden der Blätter 8 und 9 können auf
diese Weise in dem erfindungsgemäßen Gelenk
befestigt werden.
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3 zeigt
ein zweites, nicht beanspruchtes Ausführungsbeispiel, das eine Variante
des Gelenks von 2 darstellt. In dieser und den
nachfolgenden Figuren bezeichnen Bezugszeichen, eventuell mit einem
Strich oder einem Doppelstrich versehen, die mit denjenigen identisch
sind, die in den vorhergehenden Figuren verwendet wurden, identische
oder analoge Elemente oder Organe. Das Gelenk von 3 unterscheidet
sich von dem der 2 im wesentlichen dadurch, daß die Teile 1 und 2 durch
drei Blattfedern 8', 9' und 14 und
nicht nur durch zwei verbunden sind. In der Explosionsdarstellung
in 3 ist ersichtlich, daß ein mittleres Blatt 14 mit
einer axialen Breite, die im wesentlichen das Doppelte der Breite
der Endblätter 8 und 9 beträgt, zwischen
letztere in das Gelenk eingeschoben ist, wobei deren ebene Bereiche
im wesentlichen komplanar sind und um 90° von demjenigen des mittleren
Blat tes versetzt sind. Die Enden dieser Blätter sind sämtlich durch Verkeilung mittels
Hülsen,
wie der Hülse 12,
und Achsen, wie der Achse 13, festgelegt, die aus Gründen der Übersichtlichkeit
der Figur nicht dargestellt sind. Das mittlere Blatt 14 übergreift
somit den Mittelteil des Gelenks und verleiht diesem eine erhöhte Festigkeit
gegenüber
radialen Kräften.
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Anhand
der 4 bis 6 wird ein Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Gelenks
beschrieben. In der Explosionsdarstellung der 4 ist erkennbar,
daß dieses
Ausführungsbeispiel
wie dasjenige der 3 drei Blätter oder Blattgruppen 8", (14'1 , 14'2 )
bzw. 9" aufweist.
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In
der Darstellung des montierten Gelenks in 5, wobei
das Teil 2 weggebrochen ist, ist ersichtlich, daß die beiden
mittleren Blätter 14'1 , 14'2 benachbart
und aneinander anliegen. Sie sind deshalb einem einzelnen Blatt äquivalent,
dessen Breite die Breiten der Blätter 14'1 , 14'2 umfaßt. Die
Teilung dieses einteiligen Blatts in zwei Teile kann dessen Herstellung
erleichtern.
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Die
Blätter 8", (14'1 , 14'2 )
und 9" sind
völlig eben
und unterscheiden sich somit von denjenigen der Ausführungsbeispiele
der 1 bis 3 durch Fehlen von Endschleifen.
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Sie
unterscheiden sich davon ferner durch die Mittel, die zum Blockieren
ihrer Enden durch Verkeilen in den diese aufnehmenden axialen Aufnahmen
der Teile 1 und 2 verwendet werden. Diese Mittel sind
in 6 detaillierter dargestellt, welche als Beispiel
das Verkeilen eines Endes 8"1 des Blatts 8" und einer (151 )
der beiden axialen Aufnahmen 15, 15' des Teils 1 zeigt.
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Aus
dieser Figur ist ersichtlich, daß die axiale Aufnahme 15 eine
Wand aufweist, die aus einem zylindrischen Teil 151 und
einem ebenen Teil 152 besteht,
an der sich das Ende 8"1 des Blatts 8" abstützt.
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Um
das Ende dieses Blatts gegen diesen ebenen Teil festzulegen, werden
erfindungsgemäß erste
und zweite übereinanderliegende
Klemmkeile 16 bzw. 17 verwendet, die ausgebildet
sind, um zusammenwirkend auf das Blatt eine Klemmung durch den "Keileffekt" aufzubringen.
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Hierzu
weist der Klemmkeil 16 einen Teil mit zylindrischer Seitenfläche 161 , der im wesentlichen mit demjenigen
des zylindrischen Teils 151 der
Aufnahme 15 konform ist, und einen ebenen Teil 162 auf, der zur Achse der zylindrischen
Seitenfläche
geneigt ist.
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Der
Klemmkeil 17 entspricht im wesentlichen dem Klemmkeil 16,
weist jedoch ferner eine zweite ebene Fläche 171 auf,
die parallel zur Achse der zylindrischen Fläche verläuft. Diese zweite ebene Fläche ist
derart ausgebildet, daß sie
sich gegen das Blatt 8" abstützt, wie
in 6 dargestellt.
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Um
zur Montage der in der 4 dargestellten verschiedenen
Teile des Gelenks übergehen
zu können,
werden zunächst
die Teile 1 und 2 ineinander gesteckt, wobei ihre
jeweiligen axialen Aufnahmen miteinander fluchtend angeordnet werden.
Anschließend
werden in diese die Blätter 14'1 , 14'2 geschoben,
indem zwischen diese zwei dünne
Scheiben 181 , 182 gefügt werden,
welche jede Reibung ihrer benachbarten Kanten verhindern. Als Variante können, wie
zuvor bereits beschrieben, die beiden Blätter 14'1 , 14'2 durch
ein einzelnes Blatt von doppelter Breite ersetzt werden.
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Anschließend werden
in die axialen Aufnahmen, welche die Enden der Blätter 8" und 9" aufnehmen sollen,
zylindrische Keile 191 , 192 geschoben, welche, wie im folgenden
dargelegt, zum Positionieren der Klemmkeile dienen.
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Danach
werden in die axialen Aufnahmen die Blätter 8" und 9" und anschließend die jeweiligen Klemmkeilpaare
(16, 17) geschoben, wobei die Klemmkeile eines
Paares mit ihren zu den Achsen ihrer zylindrischen Flächen geneigten
ebenen Flächen aneinander
anliegen. Die Länge
der Keile 191 , 192 wird
angepaßt,
so daß nach
dem Ansetzen der Blätter 8", 9" und der Klemmkeile 17 an
die Keile, die Klemmkeile 16, 17 im wesentlichen
mit den Mündungen
der axialen Aufnahmen 15, 15' fluchten.
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Ein
auf einen Klemmkeil 16 in Richtung des Pfeils F (siehe 6)
aufgebrachter Schlag, während
der entsprechende, am anderen Ende der axialen Aufnahme 15 angeordnete
Klemmkeil durch einen Anschlag in der Aufnahme gehalten ist, läßt den Klemmkeil 16 auf
dem Klemmkeil 17 gleiten, bis die zylindrische Fläche 161 des Klemmkeils 16 von derjenigen
(151 ) der axialen Aufnahme angehalten
wird. Es ist ersichtlich, daß die
in Kontakt befindlichen ebenen Flächen der Klemmkeile 16, 17 somit
zur Achse der Aufnahme geneigt sind.
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Die
Keilwirkung aufgrund des Gleitens der ebenen Flächen der Klemmkeile 16, 17 aufeinander blockiert
somit das Ende 8"1 des Blatts 8" in der axialen Aufnahme 15 durch
Klemmen dieses Endes gegen den ebenen Teil 152 dieser
Aufnahme. Zum Blockieren der anderen Enden der Blätter 8" und 9" und der Blätter 14'1 , 14'2 geht
man gleichermaßen
vor. Für
die beiden letzteren Blätter
müssen
jedoch Schlagwerkzeuge vorgesehen werden, deren Abmessungen ein
tiefes Eindringen in die axialen Aufnahmen ermöglichen, welche diese Blätter aufnehmen.
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Das
Gelenk nach den 4 bis 6 weist verschiedene
Vorteile auf. Es weist zunächst
ebene Blattfedern auf, die einfacher herzustellen sind als die mit
Endschleifen versehenen Blätter
der Gelenke in den 1 bis 3, und die
weniger anfällig
für Beschädigungen
durch die Wärmebehandlung
sind, der sie ausgesetzt werden. Ferner können die Abmessungstoleranzen
bezüglich
dieser Blätter
weniger streng sein, da die Stützfläche 171 des Klemmkeils 17 an diesem
Blatt von dem Ende des Blattes entfernt ist, wobei die Länge derselben
somit in geringem Maße
variieren kann, ohne die Blockierung zu beeinträchtigen. Sämtliche dieser Merkmale ermöglichen die
Herstellung des Gelenks nach den 1 bis 6 mit
geringeren Kosten.
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Verschiedene
Herstellungsverfahren, wie beispielsweise der Formguß oder die
Elektroerosion, ermöglichen
das Herstellen der Teile 1 und 2 des erfindungs gemäßen Gelenks,
wobei diese Verfahren zur Herstellung derartiger relativ komplex
geformter Teile geeignet sind.
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Es
ist nunmehr ersichtlich, daß die
Erfindung es ermöglicht,
das genannte Ziel zu erreichen. Die Befestigung durch Verkeilen
der Blattfedern verändert
nicht die mechanischen Eigenschaften dieser Blätter, anders als die Befestigung
durch Schweißen, und
sie ist gegenüber
Alterung und im Weltraum herrschenden Umweltbedingungen unempfindlich,
anders als die Befestigung durch Kleben. Somit ist die Herstellung
von zuverlässigen
Gelenken mit definierten und stabilen Leistungen gewährleistet.
Die Simulation eines derartigen Gelenks ist daher wesentlich einfacher
und ermöglicht
eine engere und sicherere Kontrolle seiner Leistungen. Das Ausführungsbeispiel
der 4 bis 6 ist darüber hinaus besonders günstig in
der Herstellung.