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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Kippsegment zur Verwendung in einem Kippsegmentlager oder einem Verfahren zu Herstellung eines Kippsegmentlagers nach Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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Kippsegmentlager (im Englischen tilting pad bearings genannt) gibt es in vielen Formen und Ausführungen. Sie dienen zur Lagerung von rotierenden Wellen, die vorzugsweise radial, in Einzelfällen auch axial ausgerichtet sind. Die meisten Kippsegmentlager sind für den Einsatz in Fluiden, vorzugsweise Öl, ausgelegt. Wiederum andere Kippsegmentlager sind für den Betrieb als Gaslager ausgelegt. Das Grundprinzip ist jedoch immer gleich. Eine schnell rotierende Welle wird radial, gelegentlich auch axial durch eng anliegende Lagerflächen gelagert. Diese Flächen gleiten auf einem Polster des umgebenden Mediums auf der Welle auf, sodass es ähnlich einem ölgeschmierten Gleitlager zu keinem Verschleiß kommt. Anders als bei einem Gleitlager kommt der Schmierfilm jedoch nicht durch eine Bohrung und per Druck in das Lager, sondern wird durch die Unterbrechungen in der Lagerfläche hineingezogen. Die einzelnen Kippsegmente müssen sich in ihrer Lage der Welle anpassen können, um die minimale Medienspalte zu realisieren. Dazu liegen diese je nach Ausführung als Einzelteile auf der Lagerhülse so auf, dass sie sich verkippen können.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Kippsegment, ein Fixierelement, ein Kippsegmentlager sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kippsegmentlagers vorgestellt gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Kippsegment zur Verwendung in einem Kippsegmentlager, wobei das Kippsegment zumindest einen Vorsprung zur Kontaktierung des Kippsegments mit einem Lagergrundkörper aufweist und wobei der Vorsprung zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Fixierelements aufweist.
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Unter einem Vorsprung kann eine Erhebung über eine Hauptoberfläche des Kippelementes verstanden werden. Das Kippsegment kann hierbei als ein bewegliches Element in ein Kippsegmentlager verbaut werden. Ein derart ausgestaltetes Kippsegment bietet eine optimierte Fixierung beispielsweise von Kippsegmenten in einem mehrteiligen Kippsegmentlager. Insbesondere kann durch einen Eingriff eines Fixierelementes in die Ausnehmung eine besonders sichere Positionierung des Kippsegments in dem Kippsegmentlager erreicht werden.
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Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz wird vorliegend ein Kippsegment mit einem Vorsprung und einer Ausnehmung vorgestellt, das beispielsweise sowohl radial als auch axial in einem Lagergrundkörper angeordnet und durch ein Fixierelement mit diesem auch verbunden werden kann.
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der hier vorgestelle Ansatz betrifft somit mindestens ein kippbar gelagertes Kippsegment, welches beispielsweise in einem Kippsegmentlager eingesetzt werden kann, wobei das Kippsegment zumindest einen Vorsprung zur Kontaktierung mit einem Lagergrundkörper ausweist und der Vorsprung zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Fixierelements aufweist.
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Gemäß einer Ausführungsform kann ein Kippsegment an seiner radial äußeren Hauptoberflächen mit mindestens einer integralen, beispielsweise halbkugelförmigen Ausstülpung oder Erhebung ausgeformt sein, die im Weiteren auch als Vorsprung bezeichnet wird. Der Vorsprung kann der Verbindung des Kippsegments mit einem Lagergrundkörper dienen.
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Ein Vorsprung eines Kippsegments kann zumindest eine Ausnehmung aufweisen. Die Ausnehmung kann sich auf einer Seite des Vorsprungs in diesen hinein erstrecken, die einer Hauptoberfläche des Kippsegments zugewandt ist, von der sich der Vorsprung hervor erstreckt. Bei der Ausnehmung kann es sich, gemäß einer Ausführungsform, um eine Bohrung handeln, die so ausgeformt ist, dass sie ein Fixierelement aufnehmen kann.
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Gemäß einer Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann die Ausnehmung exzentrisch in dem Vorsprung des Kippsegments angeordnet sein, beispielsweise außerhalb eines Kreiszentrums des Vorsprungs liegen. Ein Rand oder eine Begrenzung der Ausnehmung kann einen Kipppunkt bzw. eine Kippachse des Kippsegments berühren oder bilden. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer besonders stabilen Fixierung des Kippsegments, da das Kippsegment nicht direkt über den Kipppunkt fixiert zu werden braucht.
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Der Vorsprung des Kippsegments kann gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes eine Vorsprungssymmetrieachse oder eine Vorsprungssymmetrieebene aufweisen, wobei die Ausnehmung, die sich im Vorsprung des Kippsegments befindet, ebenfalls eine Ausnehmungssymmetrieachse oder eine Ausnehmungssymmetrieebene aufweisen kann. Hierdruch kann sich die Ausrichtung der Vorsprungssymmetrieachse von der Ausnehmungssymmetrieachse unterscheiden, so wie sich ebenso die Vorsprungssymmetriebene von der Ausnehmungssymmetrieebene unterscheiden kann. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass ein Fixierelement schräg in den Vorsprung eingreifen kann und hierdurch ein verbessertes Kippverhalten als auch eine Fixierung des Kippelementes während des Kippens im Kippsegmentlager erreicht werden kann.
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Ein Fixierelement kann gemäß einer weiteren Ausführungsform dazu ausgebildet sein, um in eine Ausnehmung des Kippsegments greifen zu können, um somit beispielsweise das Kippsegment mit einem Lagergrundkörper zu verbinden bzw. zu fixieren. Hierbei können drei unterschiedliche Ausformungsvarianten des Fixierelementes besonders vorteilhaft ausgeführt sein, um den Abstand von Drehachse und Fixierpunkt innerhalb des Kippsegmentlagers zu minimieren.
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Gemäß einer Ausformungsform des Fixierelements kann dieses beispielsweise zumindest teilweise kegelstumpfförmig und/oder zylindrisch ausgeformt sein. Weiterhin kann das Fixierelement auch als Zylinder ausgeformt sein oder auch als Kugelelement. Diese Ausführungsformen des hier vorgestellten Ansatzes bieten den Vorteil, den Abstand zwischen der Kippachse oder dem Kipppunkt des Kippsegments und einem Fixierpunkt zu minimieren.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner einen Lagergrundkörper zur Aufnahme eines Kippsegments gemäß einer hier vorgestellen Ausführungsform und/oder zur Aufnahme eines Fixierelementes gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform. Der Lagergrundkörper kann ebenso eine Ausnehmung aufweisen, um das Fixierelement aufzunehmen. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer besonders stabilen Fixierungsmöglichkeit für ein Kippsegment beispielsweise unter Verwendung des Fixierungselementes in einem Kippsegmentlager.
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Ein Lagergrundkörper kann gemäß einer Ausführungsform hohlzylindrisch ausgeformt sein. Eine derartige Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer sicheren und stabilen Aufnahme und Fixierung des Kippsegments in dem Lagergrundkörper, insbesondere wenn das Kippsegment innerhalb des Lagergrundkörpers angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Kippsegmentlager vorgestellt, das zumindest folgende Merkmale aufweist:
- zumindest ein Kippsegment gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsfrom;
- ein Fixierelement gemäß einer hier vorgestellen Ausführungsform; und
- einen Lagergrundkörper gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform.
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Eine solche Ausführungsform eines mehrteiligen Kippsegmentlagers ermöglicht besonders vorteilhaft die Realisierung eines minimalen Abstands einer Kippachse des Kippsegments zu dem Kontaktpunkt zwischen Kippsegment und Fixierelement. Dieser minimale Abstand von Kippachse zu Kontaktpunkt verhindert, dass gegebenenfalls Kippmomente auf die Kippsegmente als Reaktion auf die Gleitreibungskraft durch eine ungünstige Ausführung stattfinden. Mit der hier vorgestellten Ausführungsform eines Kippsegmentlagers mit zumindest einem Kippsegment mit Fixierelement kann ein möglicher Verschleiß der Kippsegmente beim Kippvorgang minimiert oder weitgehend verhindert werden.
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Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Kippsegmentlagers, bei der das Fixierelement formschlüssig mit dem Kippsegment verbunden ist. Eine solches Áusführungsform bietet den Vorteil einer besonders stabilen Fixierungsmöglichkeit des Kippsegmentes durch das Fixierelement in dem Lagergrundkörper.
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Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines Kippsegmentlagers vorgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Bereitstellung eines Kippsegments, eines Fixierelements und eines Lagergrundkörpers je gemäß einer hier vorgestellten Ausführungsform;
- Montage des Kippsegmentes, des Fixierelementes und des Lagergrundkörpers, um das (mehrteilige) Kippsegmentlager herzustellen.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine dreidimensionale Ansicht eines mehrteiligen Kippsegmentlagers;
- 2 eine schematische Querschnittsansicht eines Kippsegments verbunden mit einem Fixierelement innerhalb eines Lagergrundkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 3 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Kippsegments verbunden mit einem Fixierelement innerhalb eines Lagergrundkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
- 4 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Kippsegments verbunden mit einem Fixierelement innerhalb eines Lagergrundkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei ein Fixierelement kegelstumpfförmig ausgeformt ist.
- 5 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Kippsegments verbunden mit Fixierelement innerhalb eines Lagergrundkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei ein Fixierelement zylinderförmig ausgeformt ist;
- 6 eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Kippsegments verbunden mit einem Fixierelement innerhalb eines Lagergrundkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei ein Fixierelement Kugelförmig ausgeformt ist; und
- 7 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Kippsegmentlagers gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht eines mehrteiligen Kippsegmentlagers 102. Das Kippsegmentlager 102 umfasst zunächst ein Lagergehäuse 106, welches im Weiteren als Lagergrundkörper 106 bezeichnet wird. Der Lagergrundkörper 106 ist in diesem Fall hohlzylindrisch ausgeformt. Weiterhin verfügt das Kippsegmentlager 102 des Weiteren über drei gekrümmte Kippsegmente 100, die radial um die Lagerachse des Lagergrundkörpers 106 angeordnet und dabei in Umfangsrichtung voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Kippsegmente 100 weisen eine radial äußere Hauptoberfläche auf und sind ausgebildet, um zumindest eine Kippachse zu kippen. Jedes der drei Kippsegmente weist auf einer seiner Hauptoberflächen einen konvexen Vorsprung 104 zur gegenüberliegenden Hauptoberfläche des Lagergrundkörpers 106 auf, der Kippsegment 100 und Lagergrundkörper 106 miteinander verbindet.
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Bei mehrteiligen Kippsegmentlagern 102 ist es vorteilhaft, die einzelnen Kippsegmente 100 sowohl axial als radial zu fixieren, ohne, dass das Verkippen der Kippsegmente 100 dabei beeinträchtigt wird. Dazu existieren unterschiedliche, oftmals formschlüssige Verbindungen, bei denen das Kippsegment 100 in den Lagergrundkörper 106 greift.
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Gemäß dem hier vorgestellten Ansatz wird eine Verbindung des Kippsegments 100 mit dem Lagergrundkörper 106 mittels eines dritten Körpers realisiert, der im Weiteren auch als Fixierelement bezeichnet, um das Kippsegment 100 und den Lagergrundkörper 106 zu verbinden.
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2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Kippsegmentlagers 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem ein beispielhaft dargestelltes Kippsegment 100, mit einem Fixierelement 210 innerhalb eines Lagergrundkörpers 106 verbunden wird. Die Lagerhülse des Lagergrundkörpers 106 ist hierbei ansatzweise vergrößert bzw. als Ausschnitt dargestellt. Der Fokus der Darstellung in der 2 liegt allerdings auf dem Kippsegment 100, dass durch ein Fixierelement 210 mit dem Lagergrundkörper 106 verbunden ist. Zudem ist auch die Rotationsrichtung 214 der zu lagernden Welle 212 dargestellt. In dem Bild wird die integrale, beispielsweise halbkugelförmige Ausstülpung bzw. der Vorsprung 104 des Kippsegments 100 deutlich, der durch das Fixierelement 210 formschlüssig mit dem Lagergrundkörper 106 verbunden ist.
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3 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht der 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei in diesem Ausführungsbeispiel nun das Fixierelement 210 als Kugel dargestellt ist. Der Fokus der Darstellung liegt auf dem Fixierelement 210, dass das Kippsegment 100 mit dem Lagergrundkörper 106 verbindet. Das Fixierelement 210 kann hierbei ein separates Element sein oder auch ein (fester) Bestandteil des Lagergrundkörpers 106.
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Die formschlüssige Verbindung von Fixierelement 210 und Kippsegment 100 erfolgt durch eine Ausnehmung 308 im Kippsegment 100. Der Grundgedanke in dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann hierbeidarin gesehen werden, dass die Ausnehmung 308 so angeordnet ist, dass die tragende Kante des Fixierelements 210 am Kontaktpunkt 312 nahe der Kippachse 310 oder dem Kipppunkt des Kippsegments 100 liegt. Idealerweise verläuft die Kippachse 310 oder der Kipppunkt durch die tragende Kante des Fixierelements 210 am Kontaktpunkt 312 bzw. der Vorsprungssymmetrieachse des Kippsegments 100. In der Darstellung dieses Ausführungsbeispiels wird jedoch deutlich, dass die Kippachse 310 des Kippsegments 100 nicht mit dem Kontaktpunkt 312 der Ausnehmung 308 zwischen Kippsegment 100 und Fixierelement 210 überzueinstimmen braucht. Das Fixierelement 210 ist ferner in einer Ausnehmung 314 des Lagergrundkörpers 106 aufgenommen bzw. gehalten.
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4 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Kippsegments 100 verbunden mit einem Fixierelement 210 innerhalb eines Lagergrundkörpers 106 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei ein Fixierelement 210 im Querschnitt im unteren Teil, d. h., zumindest teilweise Kegelstumpf-förmig ausgeformt ist. Die formschlüssige Verbindung von Fixierelement 210 und Kippsegment 100 erfolgt durch eine Ausnehmung 308 im Vorsprung 104 des Kippsegments 100, in welche der Kegelstumpf-förmige Teil des Fixierelementes 210 eingreift. Durch Verwendung eines kegeligen bzw. im Queschnitt Kegelstumpf-förmigen Fixierelementes 210 liegt der Kontaktpunkt 312 von Fixierelement 210 und Kippsegment 100 nahe der Kippachse 310 oder der Kippebene des Kippsegments 100, da hier der Kontaktpunkt 312 auf der äußersten bzw. höchsten Kante der Ausnehmung 308 im Vorsprung 104 des Kippsegments 100 liegt. Die Ausnehmung 308 ist in dieser Ausführungsform des Fixierelements 104 so zu gestalten, dass die Mantelfläche 420 des stumpfkegeligen Fixierelements 210 die Kippachse 310 des Kippsegments 100 tangiert bzw. dieser möglichst nahe kommt.
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5 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Kippsegments 100 verbunden mit einem Fixierelement 210 innerhalb eines Lagergrundkörpers 106 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Der Fokus der Darstellung aus 5 liegt hierbei wieder auf der Einbettung des Fixierelements 210, das Zylinder-förmig ausgeformt ist. Bei dieser zylindrischen Ausgestaltung des Fixierelements 210 ist derselbe Effekt wie bei der Kegelstumpfverbindung aus 4 zu beobachten. Um das Fixierelement 210 bzw. das Kippsegment 102 mittels des Fixierelementes 210 zu befestigen, erfolgt die Ausgestaltung einer zylindrischen Bohrung 308 bzw. Ausnehmung 308 in den Vorsprung 104, in den dieses Fixierelement 210 eingreift. Dazu ist die Ausnehmung 308 im Vorsprung 104 des Kippsegments 100 unter einem (beispielsweise spitzen) Winkel zur Achse des Fixierelements 104 angebracht.
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Der Vorsprung 104 des Kippsegments 100 weist hierbei eine Vorsprungssymmetrieachse 410 auf, wobei die Ausnehmung 308, die sich im Vorsprung 104 des Kippsegments 100 befindet, ebenfalls eine Ausnehmungssymmetrieachse 415 aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel unterscheidet sich die Ausrichtung der Vorsprungssymmetrieachse 410 von der Ausnehmungssymmetrieachse 415, beispielsweise wobei die Ausnehmungssymmetrieachse 415 von der Vorsprungssymmetrieachse 410 in einem spitzen Winkel angeordnet ist. Sollte sich das Kippsegment 100 beispielsweise in die Zeichenebene hinein erstrecken, so kann auch der Vorsprung 104 als lange hervorstehende Naht ausgebildet sein und entsprechend eine Vorspuntrssymmetrieebene aufweisen, in der die Vorsprungssymmetrieachse 410 liegt. Entsprechend kann auch die Ausnehmung 308 eine längliche Nut sein, sodass die Ausnehmungssymetrieachse 415 auch in einer Ausnehmungssymmtrieebene liegen kann.
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6 zeigt eine vergrößerte schematische Querschnittsansicht eines Kippsegmentlagers gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem das Kippsegment 100 mittels eines Kugel-förmigen Fixierelements 210 innerhalb eines Lagergrundkörpers 106 verbunden ist. Das Fixierelement 210 ist hierbei so ausgeformt, dass das Ende seines Fixierungselementes 210 kugelförmig ist. Durch die Kugelform dieses Teils des Fixierungselementes 210 kann eine sehr genaue Fixierung und Beweglichkeit des Kippsegments 100 in axialer und in radialer Richtung erreicht werden. Durch die Einbauhöhe des Fixierungselementes 210 in Kugelform, deren Lage bzw. Drehung variieren kann, kann der Abstand von Kontaktpunkt 312 und Kippachse 310 oder Kippebene eingestellt werden. Dieser sollte idealerweise so eingestellt werden, dass besagter Abstand so klein wie möglich ist.
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7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zur Herstellung eines Kippsegmentlagers 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. In einem Schritt 701 werden ein Kippsegment 100, ein Fixierelement 210 und ein Lagergrundkörper 106 bereitgestellt. Im Schritt 703 werden die einzelnen Teile dann zu einem mehrteiligen Kippsegmentlager 102 montiert,
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“-Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist
