KR100213560B1 - 2행정 피스톤 엔진용 크로스헤드 및 그것의 제조에 사용되는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2행정 피스톤 엔진용 크로스헤드에 관한 것으로서, 크로스헤드의 하부(2)는 베어링 재료(6)로 피복되며, 크로스헤드 핀이 저어널 표면용 미끄럼층으로 사용되는 피복재(8)는 상부의 백킹 셀 재료상에 직접 갈바닉 데포지트된다. 따라서 크로스헤드의 상부에 베어링 메탈을 주조하는 공정이 회피된다.

Description

[발명의 명칭]

2행정 피스톤 엔진용 크로스헤드 및 그것의 제조에 사용되는 방법

[기술 분야]

본 발명은 대형의 저속 2행정 피스톤 엔진용 크로스헤드(crosshead)에 관한 것으로서, 그 크로스헤드는 화이트 메탈(white metal)같은 적절한 베어링 재료로 라이닝되고 커넥팅 로드에 연결된 하부 및 바람직하게는 철 주성분 백킹 셀(backing shell) 재료로 형성된 상부를 포함하는 베어링에 지지되며 피스톤상에 고정되도록 설계된 크로스헤드핀을 지니며, 상기 상부 및 하부 모두에는 크로스헤드 핀의 저어널(journal)표면상에 접하도록 결정된 갈바닉 데포지트된 미끄럼층(galvanically deposited sliding layer)이 제공된다.

[선행기술]

독일 특허 제 884 664호에는 PbSnCu의 미끄럼층이 제공된 베어링이 공지되어 있는바, 그 미끄럼층은 화이트메탈로 만들어진 베어링 재료 또는 베어링 셀에 갈바닉(galvanic) 데포지트된다. 미끄럼층이 전기도금에 의해 얇은 층으로 도포된다는 사실에의해, 미끄럼층은 어떠한 마무리 처리를 필요로 하지 않는다.

대형 저속 디젤 엔진은 선박 추진용으로 또는 고정식 동력 발생 설비용으로 사용될 수 있다. 이같은 형태의 엔진은 실린더당 예컨대 4000 kW의 매우 높은 동력을 발생시키는바, 이는 크로스헤드가 엔진의 작동중 매우 큰 힘을 전달해야 하는 것에 관계가 있다. 그러므로 통상의 관점에서 볼 때, 공지된 크로스헤드의 상부뿐아니라 하부는 항상 화이트메탈로 라이닝 처리되어야 한다. 화이트 메탈은 크로스헤드 부눈에 직접 주조되거나, 또는 링세그먼트같은 형태의 비교적 얇은 분리형 백킹셀상에 주조될 수 있으며, 또한 마무리 처리후 크로스헤드 부분에 삽입될 수 있다.

하부에서 그같은 분리형 백킹 셀을 사용할 때, 상부내의 화이트 메탈은 상부에 또는 분리형 백킹 셀에 직접 주조될수 있다. 두 경우 모두에서, 화이트 메탈의 도포 공정은 크로스헤드의 상부를 200℃ 내지 400℃로 가열시켜 반경방향 내측면이 주석으로 도금될 수 있는 복잡하고 비용이 많이 소모되는 공정이다. 상부는 결과적으로 주형에 배치되며, 화이트 메탈의 라이닝은 반경방향 내표면상에 주조된다. 베어링 금속내의 잔류응력 및 주조공정에서의 열 영향 때문에 크로스헤드의 상부가 변형되므로써, 상부의 접촉 표면들을 연속적으로 기계가공할 필요가 있으며 또한, 주조 베어링 금속은 물론 코로스헤드 베어링이 소기의 직경을 얻도록 천공되어야 한다.

[본 발명]

본발명의 목적은 크로스헤드 상부의 제조를 간단히하며 동시에 우수한 작동성능을 지닌 크로스헤드를 제공하는데 있다.

이같은 목적을 위해 본발명에 따른 크로스헤드는, 갈바닉 데포지트된 미끄럼층이 백킹 셀 재료상에 직접 도포되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 크로스헤드 상부가 베어링 금속의 라이닝 없이 고안될수 있다는 놀라운 인식에 기초를 둠으로써, 하부내의 미끄럼층의 하부가 화이트 메탈과 같은 적절한 베어링 재료로 라이닝되는 반면 상부내의 미끄럼층 하부에는 베어링 재료가 필요치 않은 크로스헤드 베어링을 제공한다. 2행정 피스톤 엔진의 정상적인 연속 작동중, 크로스헤드의 상부의 베어링 표면은 실제로 부하가 걸리지 않지만, 크로스헤드 핀은 예컨대 밸브 폐쇄의 실패로 인해 관련 엔진 부품에 압축이 가해지지 않는 다른 경우 상부에 부하가 결릴수 있다. 따라서 핀의 저어널 표면이 크로스헤드의 상부와의 접촉에 의한 손상을 받지않고 유지되는 것은 중요한 사항이다. 따라서 상부의 미끄럼 층은 크로스헤드 핀과 계속적으로 접촉하는 통상의 미끄럼 층으로 작용하지는 않지만 역으로 크로스헤드핀에 의해 단지 일시적으로 접하는 보호코팅으로 작용한다.

백킹 셀 재료에 직접 데포지트된 미끄럼층은, 때때로 핀이 상부와 접촉할 때 매우 뜻밖으로 핀이 저어널 표면의 충분한 보호를 제공하게되는데, 이는 부드러운 미끄럼층이 강한 백킹 셀 재료상에 직접 배치되어, 이로써 미끄럼 층의 영구변형 또는 작동상 고장의 위험없이 얇은 층을 통해 백킹 셀 재료에 부하를 즉시 전달하기 때문이다. 엔진 구동기간의 대부분 동안 핀이 상부와 접촉하지 않기 때문에, 미끄럼층이 마모되지 않는다. 미끄럼층의 두께는 상부의 베어링 표면과 핀간의 필요한 일치성을 제공하기에 충분하다.

상부에 화이트 메탈을 남기지 않을수도 있다는 사실 때문에 상부를 제조하기가 매우 용이하며, 베어링 층의 도포후 필요한 마무리 처리가 전체적으로 회피될수 있는 바, 이는 갈바닉 데포지트 공정이 충분히 균일하게 달성될 수 있어 마무리 처리가 필요없기 때문이다.

바람직한 실시예에 있어서, 갈바닉 데포지트된 미끄럼층은 0.075 내지 0.1mm의 두께를 지닌다. 강한 백킹 셀 재료를 보호하기위하여, 0.03mm 이상의 최소 미끄럼층 두께가 필요하지만, 엔진의 작동상 신뢰성의 관점에서 미끄럼층은 더 두꺼운 것이 바람직하다. 갈바닉 데포지트 층이 약 0.075mm의 두께를 지니면, 연속적인 재료의 데포지트는 불규칙하게 달성될수 있으며 데포지트 층의 두께가 0.1mm를 초과하면, 층 두께의 변화는 원치않은 마무리 처리를 필요로 한다. 따라서, 바람직한 두께의 범위는 어떠한 마무리 처리를 필요치 않고 데포지트 될 수있는 가장 두꺼운 균일층들을 표시한다.

본 발명은 또 바람직하게 철이 주성분으로된 백킹 셀 재료로 형성된 상부를 지니는 크로스헤드 제조에 사용되는 방법에 관한 것으로서, 그 방법은 블랭크의 반경방향 내표면을 제외한 표면들이 기도된 최종 치수를 획득하기 위한 필요성에 따라 기계 가공되며, 상기 반경 방향 내표면은 소기의 작동 반경에 비해 예정된 잉여치를 지니는 반경으로 천공되며, 미끄럼층으로 기도된 피복재가 상기 예정된 잉여치에 대응하는두께로 갈바닉 배드(galvanic bath)에서 블랭크의 반경방향 내표면에 도포되는 것을 특징으로 한다. 이같은 특징에의해, 상부를 제조하기가 실제적으로 단순한바, 이는 블랭크의 기계가공 공정이 방해없이 완성될 수 있어 조립식 상부가 미끄럼층으로 피복되도록 갈바닉 배드로 이송될수 있기 때문이다. 상부가 작은량의 열로서도 갈바닉 공정중 상부에 데포지트된다는 사실에 의해, 블랭크의 비틀림 또는 변형이 발생치 않아 결과적으로 기계적 마무리 처리가 불필요하다.

[도면의 간단한 설명]

본 발명은 개략적 도면을 참고로하여 보다 상세히 설명될 것이다.

제1도 및 제2도는 본 발명의 제1실시예의 크로스헤드의 입면도 및 단면도.

제3도 및 4도는 본 발명의 제2실시예에 크로스헤드의 입면도 및 단면도.

[바람직한 실시예]

제1도 및 2도에 도시된 크로스헤드 베어링(1)은 예컨대, 강, 주철, 구상 흑연주철 또는 유사한 재료와 같은 백킹 셀 재료로 형성된 상부(3) 및 하부(2)를 포함한다. 예시된 실시예에서 커넥팅 로드(4)와 일체로 구성되지만, 커넥팅 로드(4)에 볼트로 고정되는 분리 구성요소로 될 수있는 베어링 하부(2)는 편평한 분리표면(5)에서 상부(3)와 접합하여 볼트(도시되지 않았음)에 의해 상부에 고정된다. 하부는, 그것의 반경방향 내표면 전체가 주조 베어링 금속(6)으로 라이닝된다.

베어링의 상부(3)는, 그 상부에서, 도시되지 않은 크로스헤드 핀에 고정되며 베어링에 수용되는 피스톤 로드(도시되지 않았음)용 통로를 제공하는 홈(7)을 지닌다. 상부는, 그 반경방향 내표면에서, 핀의 저어널 표면용 베어링 표면을 구성하는 갈바닉 데포지트된(전기도금된)구동 또는 미끄럼 층(8)을 지닌다.

제3 및 4도에 도시된 베어링의 실시예에서, 상기 제1도 및 2도와 동일한 부품에는 동일 참조번호에 10을 더해 표시하였다.

제2실시예는, 링 세그먼트 형상이며 금속으로 형성된 삽입물(19,20) 형태의 분리 백킹 셀상에 베어링 표면들이 제공된다는 것이 제1실시예와, 구별되는바, 베어링 메탈(16)은 하부 삽입물(19)이 내표면상에 주조되며, 삽입물(20)의 내표면은 갈바닉 도포된 미끄럼층(18)를 지닌다. 강철 삽입물(19)을 사용하면 공지된 방식으로 하부의 베어링 재료를 압축에의해 프리스트레스(prestress)할수 있어 베어링이 더 큰 특정 하중에 견디게 할수 있다. 베어링 부품들이 함께 고정되면, 프리스트레스 작용이 달성되어 삽입물(20)의 2개의 하방향 에지가 분리 표면(15)에서 삽입물(19)의 에지를 하방으로 압축한다.

제1도 내지 2도에 예시된 형태의 하나의 부재에서 상부를 사용하므로써 삽입물(20)의 대응 프리스트레스 작용을 제공할수 있다.

베어링 메탈의 적절한 라이닝상에 최종층으로서 미끄럼층의 갈바닉 도포된 데포지트를 형성하는 것이 미끄럼 베어링들의 제조에 잘 알려져 있다. PbSn 또는 PbSnCu의 피복재들이 유용한 미끄럼층들의 예로써 언급될수 있다. 적합한 데포지트는, 조립식 상부가 담겨지는 갈바닉 배치에서 수행된다. 용이하게 제거가능한 전기적 절연 피복재가 피복되지 않을 상부의 표면에 도포된다. 갈바닉 데포지트된 미끄럼층의 두께는, 특히 배드내의 침수시간 및 배드의 농도에 의해 또한 상부에 가해진 전압에 의해 결정된다. 용이하게 제거가능한 전기절연 피복재가 피복되지 않은 상부의 표면에 도포된다.

Claims (4)

1. 화이트메탈(white metal)과 같은 베어링 재료(6 : 16)로 라이닝(lining)되며 커넥팅 로드에 연결된 하부(2 : 12) 및 바람직하게는 철 주성분 백킹셀(backing shell)재료로 형성된 상부 (3 : 13)를 포함하는 베어링에 지지되며 피스톤 로드에 고정되도록 설계된 크로스헤드 핀( crosshead pin)을 지니며, 상기 상부 및 하부 모두에는 상기 크로스헤드 핀의 저어널 표면과 접하도록 결정된 미끄럼층이 제공되는, 대형의 저속 2행정 피스톤 엔진용 크로스헤드(crosshead)에 있어서, 상기 상부의 갈바닉 데포지트된 (galvanically depostied)미끄럼층(8 : 18)이 상기 백킹 셀 재료에 직접 도포되는 것을 특징으로 하는 크로스헤드.
2. 제1항에 있어서, 상기 갈바닉 데포지트된 미끄럼층(8 : 18)의 두께는 0.075 내지 0.1mm로 되는 것을 특징으로 하는 크로스헤드.
3. 제1항에 있어서, 상기 상부(13)는 강철 삽입물(20)을 포함하며, 상기 피복재(18)는 삽입물의 반경방향 내표면상에 데포지트 되는 것을 특징으로 하는 크로스헤드.
4. 상부 (3 : 13)가 철 주성분 백킹 셀 재료의 주조 또는 용접 블랭크로 형성되며, 제1항 내지 3항중 어느 한 항에 기술된 형태의 크로스헤드 제조에 사용되는 방법에 있어서, 블랭크의 반경방향 내표면을 제외한 표면들을, 계획된 최종 치수를 얻도록 필요조건에 따라 가공하며, 상기 반경방향내 표면을, 원하는 작동반경에 대해 예정된 잉여 치를 지니는 반경으로 천공하며, 미끄럼층으로 의도된 피복재(8 : 18)를 상기 예정된 잉여치에 대응하는 두께로 갈바닉 배드(galvani bath)에서 블랭크의 반경방향 내표면에 도포하는 : 것을 특징으로하는, 크로스헤드 제조에 사용되는 방법.