KR101651616B1 - 미끄럼 베어링 - Google Patents

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미바 베어링스 홀딩 게엠베하
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Abstract

본 발명은 지지층(3), 베어링 금속층(18) 및/또는 미끄럼층(4)을 포함하는 하프 쉘(2) 형태의 미끄럼 베어링(1)에 관한 것으로, 지지층(3)은 서로 접합되어 있는 복수의 세그먼트(5)들로 구성되어 있으며, 세그먼트(5)들 사이에는 연결 영역(6)이 형성되어 있다.

Description

미끄럼 베어링{SLIDING BEARING}
본 발명은 지지층, 베어링 금속층 및/또는 미끄럼층을 포함하는 하프 쉘 형태의 미끄럼 베어링과, 그 미끄럼 베어링을 제조하는 방법 그리고 상기 미끄럼 베어링의 용도에 관한 것으로, 상기 지지층은 평탄한 기판을 미끄럼 베어링 하프 쉘로 성형 제작되고, 적어도 하나의 층이 상기 지지층 위에 추가로 부착된다.
특히 미끄럼 베어링의 강도와 마찰윤활적 특성과 관련하여, 미끄럼 베어링에 대해, 부분적으로는 모순되지만 다양하게 요구되는 요건을 만족시키기 위해, 종래 기술에서도 강재 지지 쉘 위에 베어링 금속층 및/또는 미끄럼층을 부착시켜, 미끄럼 특성은 베어링 금속층 및/또는 미끄럼층에 의해 결정되고, 강도 특성은 지지층에 의해 결정되는 것이 일반적이다.
미동마멸을 방지하고 소정의 베어링 윤곽(contour)을 달성하며, 안정적인 층을 형성하기 위해, 베어링 장착부에 비해 베어링 원주 길이부는 가공 중에 프레스 가공하여 충분히 높은 수준의 긴장상태(tension)가 달성되도록 한다. 이는, 기하학적으로, 상기 베어링 장착부 위의 확장부(expansion) 및 주로 소위 베어링 돌출부(protrusion)에 의해 달성된다.
응력을 증가시킴으로써, 현대의 모터 내에 열팽창과 동파 하중(dynamic wave load)이 중첩되어 이러한 긴장상태가 증가한다. 이에 따라, 통상적으로 사용되는 강재 쉘 소재들뿐 아니라 미끄럼층용 베어링 금속들 또는 합금들에 있어, 소성(plastic) 및 가탄성(pseudo-elastic) 효과가 발생하여 궁극적으로는 베어링 쉘 형상이 변형된다. 베어링 쉘 형상이 변형됨으로 인해 최종적으로 한편으로는 확장부가 소실되고 다른 한편으로는 베어링 돌출부가 감소된다. 그 결과, 베어링은 더 이상 안정된 상태를 유지하지 못하게 되는데, 이는 미소이동이 발생하여 미동마멸을 야기하거나 심지어는 미끄럼 베어링 하프 셀들 또는 베어링이 헛돌게 한다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 이론적으로는 치수 안정성이 더 큰 강을 사용할 수 있다. 그러나, 치수 안정성이 큰 강을 사용하면 변형 저항이 더 커져서 미끄럼 베어링 복합재를 제조하는 통상의 방법 예컨대 롤 접합이나 복합 캐스팅(composite casting) 같은 방법을 사용하는 데에 제약이 있다는 단점이 있다. 특히, 경제적 측면에서 특히 관심이 있는 접합 기술인 롤 접합에 있어서, 소재를 성형하는 데에 필요한 성형력이 커져 치수 제약이 있게 된다. 복합 캐스팅의 경우, 대형 부품의 원심 주조 중에 지나치게 가파른 냉각 조건은 강 구조물에 악영향을 끼치며, 그 결과로 강 구조물을 성형하기가 매우 어렵거나, 더 이상 경제적인 방법이 되지 못하게 된다.
강재 지지층 상에 폭발 클래딩에 의해, 베어링 폭이 증가된 미끄럼 베어링용 강재 지지층 상에 베어링 금속이 부착될 수 있다는 것이 선행 기술로부터 알려져 있다. 그러나, 이는 지나치게 고가가 되는데, 이는 이 방법으로는 경제적으로 대량 생산하기가 매우 어렵다는 것을 의미한다. 또한, 이 방법에 따르면, 최대로 활용할 수 있는 샌드위치의 폭이 제한된다.
내하중 능력(loading capacity)과 매립 능력(embedding ability)에 관한 다양한 사양을 만족시키기 위해, GB 549 433 A호에서는, 경질 베어링 금속 섹션들이 하중이 최대로 걸리는 하프 쉘의 특정 각 영역에 제공되고, 연질 베어링 금속 섹션들은 우수한 조정성(adjustability) 및 우수한 매립 특성을 가지는, 이와는 다른 재료 특성을 가진 개별 섹션들이 원주 방향으로 연속되어 있는 베어링 하프 쉘들을 구비하는, 연소 기관용 미끄럼 베어링이 제안되어 있다.
이와 동일한 목적을 위해, 본 출원의 출원인에 의한 WO 2009/059344 A2호에는, 한 부분 러닝층은 먼지 입자들을 효과적으로 매립하기 위한 매립 능력을 보장하고, 다른 한 부분 러닝층은 미끄럼 베어링의 내마멸성과 내하중 능력을 보장하도록, 2개의 부분 러닝층이 부착되어 있는 지지층이 개시되어 있다.
하부 미끄럼 베어링 하프 쉘과 상부 미끄럼 베어링 하프 쉘에 대해 요구되는 기계적, 마찰윤활적 사양이 다르고 걸리는 하중이 다르기 때문에, 통상적으로 미끄럼 베어링 내에는 2개의 다른 미끄럼 베어링 하프 쉘들이 사용된다.
일반적으로 하부 미끄럼 베어링 하프 쉘에 대해서, 상부 미끄럼 베어링 하프 쉘보다 더 강한 베어링 재료를 사용한다. 시동 단계 또는 하중이 변화하는 단계에서, 베어링 둘레에 걸쳐 그러한 미끄럼 베어링의 윤활 갭 형상이 일정하지 않은 경우, 유체역학적 미끄럼 베어링의 경우에 있어서, 미끄럼 베어링의 상기 하중 단계에서, 하부 미끄럼 베어링 하프 쉘의 베어링 소재 영역 내에 상부 미끄럼 베어링 하프 쉘보다도 더 나은 마찰윤활적 특성을 필요로 하기 때문에, 특히 상부 미끄럼 베어링 하프 쉘보다 하부 미끄럼 베어링 하프 쉘에 더 강한 베어링 재료를 사용해야 한다. 이러한 경우, 일례로 DE 24 39 096 A호에 개시되어 있는 바와 같이, 미끄럼 베어링 하프 쉘들을 서로 용접하여 베어링 부시를 형성하는 것이 알려져 있다. 이 경우, 베어링 소재가 평탄형 강 스트립 상에 부착되고, 상기 샌드위치를 프레스 가공하여 미끄럼 베어링 하프 쉘로 성형한 후, 2개의 미끄럼 베어링 하프 쉘들을 전자 용접법으로 서로 접합시킨다.
또한 DD 42 189 B호는 DE 24 39 096 A호에 개시되어 있는 것과 유사한 베어링 부시를 개시하고 있는데, 그 베어링 부시는 2개의 하프 쉘들로 구성되어 있으며, 이들은 용접 또는 경납땜으로 접합되며, 하중이 덜 걸리는 상부 하프 쉘보다는 큰 하중이 걸리는 하프 쉘에 고등급의 베어링 소재가 사용된다.
본 발명의 기저를 이루는 목적은 연소 기관에 사용되는, 개선된 미끄럼 베어링을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은, 전술한 하프 쉘 형태의 미끄럼 베어링과, 상기 미끄럼 베어링 하프 쉘을 제조하는 방법 그리고 상기 미끄럼 베어링 하프 쉘의 용도에 의해 각각 달성된다. 본 발명의 미끄럼 베어링에서, 지지층은 서로 접합되어 있는 복수의 세그먼트들로 이루어져 있고, 세그먼트들 사이에는 연결 영역이 형성되어 있다. 본 발명의 방법에 따르면, 상기 지지층은 복수의 세그먼트들로 구성되어 있으며, 이들 세그먼트들은 재료 접합 및/또는 형 접합 및/또는 가압 끼워 맞춤식 연결에 의해 접합될 수 있으며, 미끄럼 베어링은 자동차의 구동 라인에 사용된다.
생산성과 경제성 측면에서, 추후에 서로 접합될 복수의 개별 세그먼트들 상에 지지층을 부여하는 것은, 한편으로는, 여러 생산 단계가 필요하게 되고, 다른 한편으로는, 개별 세그먼트들의 접합 특히 세그먼트들을 용접으로 접합할 때에 그 접합이 완전하게 이루어지지 않는다는 사실, 그리고 연결 영역에 도입되는 열이 구조의 변화를 야기할 수 있으며, 특히 지지층들이 두꺼운 경우에 개별 세그먼트들 간의 단부면 영역에 완전한 표면 연결이 문제가 된다는 점에서, 종래의 미끄럼 베어링 하프 쉘들에 비해 문제가 있다. 그럼에도 신규한 형태의 미끄럼 베어링에 의해 얻어지는 장점은 이러한 단점들보다 더 크다. 또한, 이러한 방식으로, 장폭(greater width)의 미끄럼 베어링 하프 쉘들을 제조할 수 있다. 본 발명의 범위 내에서, 광폭 미끄럼 베어링 하프 쉘(wide sliding bearing half shell)은, 폭에 대한 총 벽 두께의 비가 적어도 1:10, 특히 적어도 1:20 또는 적어도 1:25인 하프 쉘로 규정된다. 이에 따라, 개별 세그먼트들의 크기는 작기 때문에, 지지층 위에 베어링 금속층 또는 미끄럼층을 배치하는 데에 기존 장비들을 사용할 수 있어서, 미끄럼 베어링 하프 쉘들의 생산 작업자들이 대량 생산 장치를 복잡하게 조작하지 않고서도 대형 미끄럼 베어링 하프 쉘들을 생산할 수 있게 된다. 특히, 이러한 방식에 따르면, 동일한 크기의 미끄럼 베어링을 구비하는 연속형 지지층에 비해 개별 세그먼트들에 소요되는 성형력이 감소될 수 있기 때문에, 위와 같이 대형 미끄럼 베어링 하프 쉘들에 대해 롤 접합법을 계속해서 사용할 수 있다. 특히 개별 세그먼트들의 경우에는 적어도 거의 완벽한 반원 형태로 성형하지 않아도 된다. 미끄럼 베어링 하프 쉘들을 생산함에 있어 경제적 측면에서 유리한 롤 접합법 외에도, 예컨대 PVD, CVD법 같은 다른 코팅 방식도 계속해서 사용될 수 있다. 이에 따라 대형 미끄럼 베어링 하프 쉘들의 대량 생산에 예컨대 스퍼터링 장치와 같은 공지 형상의 코팅 챔버가 사용될 수 있는 경우에, 쉐이딩(shading) 등과 같이 대형 미끄럼 베어링 하프 쉘들을 증착하는 중에 나타날 수 있는 복잡한 형상이 방지될 수 있고, 부착되는 층의 층 두께가 고정밀도로 제어된 개별 세그먼트들이 제조될 수 있어서 특히 유리하다. 또한, 다른 소재들을 조합하여 지지층을 제조할 수도 있다. 이에 따라, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 사양에 맞추어 조절하는 것이 용이할 뿐 아니라, 미끄럼 베어링 하프 쉘들에 대해 아직 알려져 있지 않은 새로운 물성 프로파일을 활용할 수 있게 된다. 대형 베어링 폭을 달성할 수 있는 외에, 제안하고 있는 미끄럼 베어링 또는 미끄럼 베어링을 제조하는 방법에 의하면, 개별 세그먼트들에 대해 소정의 성형을 함에 있어 최종 미끄럼 베어링 하프 쉘에 비해 낮은 에너지를 사용하여 성형할 수 있기 때문에, 지지층에 대해 예컨대 층 두께가 적어도 10㎜, 특히 적어도 15㎜, 바람직하기로는 적어도 30㎜의 큰 층 두께를 용이하게 얻을 수 있다. 이러한 방식에 의하면, 반제품으로 저장되는 지지층 스트립의 폭이 작기 때문에, 보다 경제적으로 베어링을 유지할 수 있게 된다.
베어링 금속층 및/또는 미끄럼층은 복수의 세그먼트들로 이루어질 수 있으며, 추가로 부착되는 적어도 하나의 추가 층도 복수의 세그먼트들로 이루어질 수 있다. 이렇게 함으로써, 미끄럼 베어링이 "패치워크 베어링"(patchwork bearing) 형태로 구성되어, 미끄럼 베어링 하프 쉘에서 하중이 다르게 걸리는 영역에 대해 특정 방식에 따라 특정 소재를 사용할 수 있어서, 미끄럼 베어링에 대해 요구되는 다양한 사양을 따라 좀 더 낫게 조절할 수 있게 된다. 또한, 미끄럼 베어링의 세그먼트 내에 소재의 물성을 보다 효과적으로 분배하여서, 예컨대 개별 층들의 접착성(adhesiveness)이 개선될 수 있다. 그러나, 이렇게 하는 경우, 여러 소재들로 제작된 미끄럼 베어링 하프 쉘은, 소재들의 불친화성(incompatibility)으로 인해 통상적인 방법으로는 제작하기가 어렵다.
미끄럼층과 베어링 금속층 사이 또는 베어링 금속층과 지지층 사이, 또는 지지층의 후방부 위에 적어도 하나의 추가 층이 배치될 수 있다. 이러한 경우, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 모든 층들이 복수의 세그먼트들로 구성되어서, 이러한 실시형태에서, 개별 세그먼트들 사이의 연결 영역은 미끄럼층의 표면에서부터 지지층의 후방부 또는 그 위에 배치되어 있는 추가 층까지 연속적으로 연장되어 있다. 미끄럼 베어링 하프 쉘의 개별 세그먼트들을 접합하여 최종 미끄럼 베어링 하프 쉘로 하기 전에, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 개별 세그먼트들이 모두 제조될 수도 있다. 그리고 최종 생산 단계에서는 개별 세그먼트들을 접합하거나, 종래로부터 알려져 있는 바대로 표면을 미세 보링(fine boring) 처리할 수 있다. 사전 제작된 개별 세그먼트들을 보관하여, 보관되어 있는 다양한 소재 특성의 세그먼트들을 비교적 단시간에 조립하여 미끄럼 베어링을 제작할 수 있으며, 이에 따라 미끄럼 베어링 하프 쉘의 대량 생산이 간소화될 수 있다.
전술한 바와 같이, 바람직한 실시형태에서, 지지층 또는 베어링 금속층 또는 미끄럼층 또는 적어도 하나의 추가층의 적어도 하나의 세그먼트는, 동일 층의 다른 세그먼트의 소재와 물성이 다른 소재로 제작된다. 이에 따라, 종래의 미끄럼 베어링 하프 쉘들에 대해서는 알려져 있지 않은 새로운 물성이, 미끄럼 베어링 하프 쉘 내에서 물성들이 조합되어 나타날 수 있게 된다.
특히, 상기의 다른 물성은 세그먼트들의 내부 응력 및/또는 경도이다. 따라서, 큰 하중이 걸리는 새로운 형태의 고압 연소 기관에 사용되거나 미끄럼 베어링 하프 쉘의 기계적 내하중성의 특수 사양을 요구하는 특수 베어링 영역에 사용되도록, 미끄럼 베어링 하프 쉘을 보다 효율적으로 조절할 수 있다. 다른 한편, 개별 세그먼트들에 대해 다른 내부 응력 프로파일을 사용함으로써, 장기간에 걸쳐 상기 미끄럼 베어링의 전술한 확장부 또는 베어링 돌출부를 유지할 수 있어, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 후방부 영역에서 미동마멸 문제들이 예방될 수 있으며, 이에 따라 미끄럼 베어링의 수명이 길어지게 된다. 다양한 물성의 소재들을 사용함으로써, 베어링 내에서 특히 오일 공급 라인들, 즉 러닝면 영역에 윤활유를 공급하는 오일 보어가 있는 라인에서 캐비테이션-경향이 있는 지점들의 제어가 보다 용이해진다.
내부 응력과 관련하여, 평탄형 스트립을 미끄럼 베어링 하프 쉘로 성형함으로써, 베어링의 후방부 위에는 인장 응력이 축적되고, 미끄럼 베어링의 안쪽에는 압축 응력이 축적된다는 것에 주목해야 한다. 통상적으로 이러한 긴장 상태(tension)는 균등하다. 그러나 미끄럼 베어링 하프 쉘을 성형한 후에 추가로 가공, 예컨대 미끄럼면을 미세 보링함에 따라, 최종 미끄럼 베어링 내에는 인장 응력들이 지배적으로 존재하고, 이에 의해 미끄럼 베어링은 더 안쪽으로 변형되는 경향을 갖게 되며, 미끄럼 베어링이 "파손"(collapse)될 위험이 있다. 그 결과, 베어링 장착부 내에서의 미끄럼 베어링 하프 쉘의 위치설정이 불량해진다. 본 발명에 따라 미끄럼 베어링 하프 쉘들이 복수의 세그먼트들로 구성됨에 따라, 이러한 것들이 효과적으로 개선될 수 있는데, 즉 미끄럼 베어링 하프 쉘의 내부 응력 프로파일이 개선될 수 있다.
미끄럼 베어링 하프 쉘에 대해 요구되는 다양한 사양에 대해, 보다 효과적으로 조절하기 위해, 적어도 지지층 또는 베어링 금속층 또는 미끄럼층 또는 적어도 하나의 추가층의 적어도 하나의 세그먼트는, 동일 층의 다른 세그먼트를 이루는 소재의 성분과는 다른 성분의 소재로 제작될 수 있다. 이렇게 함으로써, 중형 연소 기관에서 대형의 2 행정 및 4 행정 연소 기관에서 요구되는 기술적 사양에 따라, 연소 기관의 운전자들은, 주로 환경과 관련하여, 예컨대 고압의 점화 압력, 고온의 작동 온도, 대체 연료 및 윤활제, 유지보수 간격의 장기화와 같이, 종래 기술에 의한 현행 미끄럼 베어링에 의해서는 달성될 수 없는, 배출 가스의 양을 줄이고 보다 효율적으로 구동하여, 미끄럼 베어링이 보다 효율적으로 조절될 수 있다. 이러한 문제에 대한 대체의 접근 방안, 즉 사용되는 합금들의 최적화와 같은 방안과는 달리, 본 발명에 의한 이점은 공지되어 있으며 효과가 입증되어 있는 합금들이 계속해서 사용될 수 있다는 것이다. 즉, 베어링에서 응력이 걸리는 부분에 특정 합금을 사용할 수 있다. 연속된 층으로 된 미끄럼 베어링에 의해, 베어링 세그먼트의 크기가 작을수록 생산이 용이해지며, 통상의 조성의 강이 사용되고 조합될 수 있어서, 작동되는 상태에서 가장 큰 응력이 걸리는, 베어링을 형성하는 2개의 미끄럼 베어링 하프 쉘의 구획 영역에 고강도의 쉘 단편이 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 변형 기술의 측면에서, 세그먼트들의 물성을 손상시키지 않으면서 세그먼트들의 강도를 키울 수 있다.
미끄럼 베어링 하프 쉘의 서로 다른 각 영역에서 다른 응력들이 걸리는 경우, 미끄럼 베어링의 기계적 물성을 개선할 수 있도록 하기 위해, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 바람직한 실시형태에서, 적어도 지지층의 세그먼트들은 하프 쉘의 원주방향으로 서로에 대해 이웃하여 배치된다.
세그먼트들은 특히 재료 접합 및/또는 형 접합 및/또는 가압 끼워 맞춤식 연결에 의해 접합될 수 있다. 특히, 본 발명에서는 재료 접합법이 바람직하다. 이는 기술 공정의 측면에서 이 방법이 형 접합 연결 또는 가압 끼워 맞춤식 연결에 비해 수고가 덜 소요되기 때문이다. 형 접합 연결 또는 가압 끼워 맞춤식 연결은, 재료 접합 연결부에 열이 도입되어 취성의 복합 결정이 형성되어 연결 영역에서 미끄럼 베어링 하프 쉘을 파손에 이르게 할 수 있고, 취성, 금속간화합물 상에 기인하는 티어(tear)에 의해 미끄럼 베어링 하프 쉘 전체의 피로 강도가 감소되는 상황이 예상되는 경우에 적용하는 것이 유리하다.
세그먼트들은 부분적으로 중첩될 수 있고, 단차부(graduation)를 형성하지 않으면서 서로에 대해 인접하여 배치될 수 있다. 이에 따라, 연결 영역 내에서 연결부를 형성하는 데에 대면적 표면이 활용될 수 있다. 또한, 개별 세그먼트들을 재료 접합 연결하는 경우, 세그먼트들의 전방면과 후방면 영역에서 미끄럼 베어링 하프 쉘의 반경 방향으로 용접 이음매들이 약간 오프셋되게 배치하여, 연결 영역에서 세그먼트들 또는 지지층 내로의 열 도입과 관련하여 덜 불리하게 재료 접합 공정이 수행될 수 있다.
연결 영역 또는 연결 영역들은 하프 쉘의 원주 방향으로 경사지게 배치되어, 하나의 세그먼트에서부터 이웃 세그먼트로 원주 방향으로 "미끄럼" 전이부(transition)가 형성될 수 있으며, 이에 따라 미끄럼 베어링 하프 쉘의 기계적 내하중성(loadability)이 증가될 수 있다.
미끄럼 베어링 하프 쉘에 있어서, 하프 쉘의 다양한 각 영역에서 다양한 기계적 그리고 마찰윤활적 요건에 부합되도록, 일례로 고하중 영역에서 층들의 부착 강도를 추가로 개선하거나, 마찰윤활적 측면에서 특히 하중이 가해지는 미끄럼 베어링 하프 쉘의 영역에서 미끄럼층 상에 추가의 러닝층을 형성하기 위해, 하프 쉘의 적어도 2개의 세그먼트들은 서로의 상부 위에 배치되어 있는 다른 층수의 층을 구비할 수 있다.
이 경우, 서로의 상부 위에 다른 층수의 층들이 배치되어 있는 경우에도, 반경 방향으로 하프 쉘의 전체 층 두께는 적어도 대략적으로 일정한 것이 유리하다. 이는, 이렇게 함으로써 보다 나은 윤활 갭 형상 디자인이 만들어질 수 있기 때문이다.
그러나, 하프 쉘의 적어도 두 개의 세그먼트들의 전반적인 층 두께가 달라, 종래로부터 알려져 있는 바와 같은 "그루브형 베어링"(grooved bearing) 형태가 형성되는 것이 유리할 수 있다. 미끄럼 베어링 하프 쉘에 있어서 세그먼트들의 배치에 따라서는, 즉 세그먼트들이 원주 방향으로 또는 반경 방향으로 서로 이웃하여 배치되는 경우, 특히 미끄럼 베어링 하프 쉘들 중 원주 방향에서 중앙에 있는 세그먼트의 층 두께가 작게 되도록 설계하면, 오일을 안내하는 일종의 그루브가 형성되어, 오일 공급이 개선될 수 있다.
지지층의 세그먼트들 중 적어도 하나의 세그먼트는 베어링 금속층 및/또는 미끄럼층의 섹션들 또는 복수의 세그먼트들을 포함할 수 있고, 이에 의해 미끄럼 베어링 하프 쉘의 생산비가 상당히 증가하게 된다. 그러나, 지지층의 세그먼트들의 내부 응력 경로가 베어링 금속층 또는 미끄럼층의 섹션들 또는 복수의 세그먼트들로 분산되어, 한편으로는, 존재하는 내부 응력 프로파일에 의해 지지층의 후방부 위의 내미동마멸 특성이 개선될 수 있고, 다른 한편으로는, 미끄럼 베어링의 마찰윤활 특성이 개선될 수 있다. 이는 상기 내부 응력 경로가 지지되는 부품 방향으로 지지층 위에 배치되어 있는 추가층의 개별 세그먼트로 완전하게 전달되지 않기 때문이다.
바람직한 실시형태에서, 2개의 세그먼트들 간의 연결 영역은 세그먼트들과 같은 소재로 제작되어, 세그먼트들을 재료 접합 연결함에 있어 추가의 소재를 필요치 않게 되며, 이에 따라 연결 영역 내에서 개별 세그먼트들의 물성의 연속성이 우수해진다. 이는 연결 영역에서 물성의 급격한 변화가 보다 효과적으로 방지될 수 있음을 의미한다.
본 발명 방법의 일 실시형태에 따르면, 지지층의 세그먼트들을 서로 접합하기 전에 적어도 하나의 추가층이 부착된다. 이에 따라, 세그먼트들을 서로 접합하여 층 구조물을 형성하기 전에 세그먼트들이 제조되어, 재료 접합에 의해 개별 세그먼트들을 연결하는 중에 문제점들이 발생할 수 있으며, 열을 가하게 되어 상부에 있는 층들이 용융되어 미끄럼 베어링 하프 쉘의 반경 방향으로 혼합상들이 형성되어서, 연결 영역이 약해질 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 미끄럼 베어링 하프 쉘이 "패치워크 베어링"(patchwork bearing)으로 된 실시형태에서, 미끄럼 베어링에 대한 사양에 따라 미리 제작되어 있는 세그먼트들을 조합하여 접합하기만 하면 되기 때문에, 그러한 미끄럼 베어링 하프 쉘들의 대량 생산이 간소화된다는 이점이 있다.
세그먼트들을 미끄럼 베어링 하프 쉘로 성형하는 작업은, 적어도 하나의 추가층을 부착한 후에 수행될 수 있다. 다시 말해, 이는 적어도 하나의 추가층이 평면 즉 평탄형 지지층 위에 부착되어, 일례로, 미끄럼 베어링 하프 쉘들을 스퍼터링이나 PVD법으로 코팅하기 위해 복잡한 이동 패턴이 이루어질 필요가 없어서 층 품질 자체도 개선될 수 있기 때문에, 코팅 자체가 단순해진다는 것을 의미한다. 개별 층에 대해 더 큰 층 두께를 부여할 수도 있으며, 이에 따라 전체적으로 미끄럼 베어링 하프 쉘의 사용 수명을 증가시킬 수 있게 된다. 또한, 평탄형 기판의 경우, 쉘 성형 전에 베어링 스트립을 치수에 맞추어 성형하는 데에 유리한 전단 또는 절단법이 사용될 수 있다. 평탄형 기판을 사용하는 경우, 보다 우수한 열 안내가 이루어져서, 층들의 영역 내에서 경도의 손실이 보다 효과적으로 예방될 수 있다는 이점이 있다.
이 경우, 지지층의 세그먼트들의 접합이 미끄럼 베어링 하프 쉘로 성형하기 전에 이루어진다면, 변형 공정 중에 발생하는 응력들이 연결 영역 내로 확장되어 세그먼트들 사이에 급격한 물성의 전이가 없거나 거의 없기 때문에, 더 유리할 수 있다.
바람직하기로는, 지지층의 세그먼트들은 레이저 용접에 의해 접합된다. 레이저 용접에서는, 접합되는 세그먼트들로 열전달이 제한되어 미끄럼 베어링 하프 쉘의 원주 방향에서 보았을 때에 좁고, 작은 영역에만 열이 전달되어, 원주 방향으로 특히 물성의 연속적으로 점진적인 변화가 이루어질 수 있다. 열에 의한 영향을 줄임으로써, 예컨대 냉간 강화(cold-hardened), 압연 접합된 알루미늄 합금들이 연결 영역에서 경도를 상실하지 않게 된다. 이것은 후육 미끄럼 베어링 하프 쉘들을 제조할 때에 특히 유리하다. 그러나, 용인할 수 없는 공차를 발생하는, 베어링 세그먼트들과 연동하는 적어도 하나의 추가층의 롤 접합 또는 주조법에 의해 발생하는 잔류 응력의 상당히 다른 제조방법-결정 상태가 매우 효과적으로 제어될 수 있다. 그 결과로, 돌출부가 있는 확장부의 바람직하지 않은 현저한 변화가 보다 효과적으로 예방되어, 어떠한 경우에 있어서도 미끄럼 베어링의 파손 경향이 줄어들게 된다. 종래의 기술에서 통상 사용하는 바와 같이, 상기 잔류 텐션 상태를 줄이기 위해 사전 열처리를 하는 것은 방책이 될 수 없다. 이는 특히 베어링 금속의 경도가 손실되기 때문이다.
이 경우에 있어, 레이저 빔의 빔 강도를 적어도 2 MW/㎠, 특히 적어도 3 MW/㎠로 하는 것이 유리하다. 이렇게 함으로써, 개별 세그먼트들의 가장 깊은 층까지 에너지가 인가되어서, 특히 강도의 일관성과 관련된 연결부 품질 즉 용접 품질이 개선될 수 있다.
전술한 바와 같이, 세그먼트들은 다른 소재를 추가로 사용하지 않으면서 접합되는 것이 바람직하다.
세그먼트들이, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 반경 방향에서 보았을 때에, 세그먼트들의 후방부와 전방부 양쪽에서 동시에 용접되는 것이 유리할 수 있다. 이는, 가공 시간이 단축될 수 있으며, 특히 장시간에 걸쳐 에너지가 인가됨으로 인해 외부 가장자리에 바람직하지 않은 혼합상들이 발생되는 것을 방지할 수 있기 때문이다. 양 측부에서 용접함으로써, 세그먼트들의 코어 영역, 즉 반경 방향에서 보았을 때에 중심부에 도달하는 데에 소요되는 시간이 단축될 수 있도록, 용접 시간이 단축될 수 있다.
전술한 바와 같이, 지지층의 적어도 2개의 세그먼트들에 다른 물성을 가지는 금속들 또는 금속 합금들이 사용되거나, 추가의 변형 실시형태에 따라 다른 금속들 또는 다른 금속 합금들이 사용된다면, 전술한 이유들에 따라 유리할 수 있다.
본 발명에 의하면, 적어도 하나의 추가층의 적어도 두개의 세그먼트들은 서로 다른 코팅법에 의해 제조될 수 있다. 예컨대, 미끄럼 베어링들은 세그먼트들을 포함하여 제작될 수 있고, 세그먼트들은 스퍼터링 또는 PVD법으로 코팅되고, 종래로부터 알려져 있는 PVD나 스퍼터링으로 코팅되고 롤 접합된 세그먼트들을 포함할 수 있다. 이에 의해, 베어링 금속이나 미끄럼층에 대해 고품질 층들 특히 고강도 층이 제공될 수 있으며, 상기 층들은 미끄럼 베어링 하프 쉘에서 특히 큰 하중이 걸리는 영역에 배치될 수 있다.
본 발명을 좀 더 잘 이해할 수 있도록, 이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 지지층이 세그먼트로 이루어진 미끄럼 베어링 하프 쉘의 측면도이다.
도 2는 모든 층들이 세그먼트로 이루어져 있는 미끄럼 베어링 하프 쉘의 변형 실시형태의 측면도이다.
도 3은 세그먼트들이 반경 방향으로 배치되어 있는 미끄럼 베어링 하프 쉘의 또 다른 변형 실시형태의 평면도이다.
도 4는 2개의 세그먼트들 사이의 연결 영역의 변형 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 5는 세그먼트들 내에 다른 층수의 층들이 부착되어 있는 미끄럼 베어링 하프 쉘의 또 다른 변형 실시형태의 측면도이다.
도 6은 세그먼트들의 층 두께가 다른 미끄럼 베어링 하프 쉘의 변형 실시형태의 정면도이다.
도 7은 미끄럼 베어링 하프 쉘로 성형하기 전의 평탄형 기판으로, 복수의 세그먼트들로 이루어진 평탄형 기판 중에서 코팅이 되어 있는 부분의 측면도이다.
도 8은 세그먼트들 사이의 연결 영역이 축 방향으로 연장하고 있는 미끄럼 베어링 하프 쉘의 평면도이다.
도 9는 세그먼트들 사이의 연결 영역이 축 방향과 경사지게 연장하는 미끄럼 베어링 하프 쉘의 평면도이다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위해, 이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 본 발명을 설명한다.
먼저, 다양하게 개시되어 있는 예시적인 실시형태들에서, 동일한 부재에 대해서는 동일한 도면부호 및 동일한 명칭을 사용하였기 때문에, 명세서 전반에 걸쳐 기재되어 있는 사항은 동일한 도면부호 및 동일한 명칭을 가지는 동일한 부재에 대해 적용될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 또한, 예컨대 상부, 하부, 측부 등과 같이 위치와 관련하여 명세서 내에 사용된 사항은 현재 기재되어 표현되어 있는 도면과 관련되어 있는 것이므로, 위치가 변경되는 경우에는 변경된 위치에 따라 조정되어야 한다. 또한, 도시 및 기재되어 있는 다양한 예시적 실시형태들의 각 특징 또는 그러한 특징들의 조합은 독립적인 솔루션 또는 독창적인 솔루션 각각에 나타날 수도 있다.
도 1은 지지층(3)과, 러닝층으로도 호칭되는 미끄럼층(4)으로 구성된 하프 쉘(2) 형태의 미끄럼 베어링(1)을 도시하고 있다. 이 미끄럼 베어링(1)의 변형 실시형태에서, 지지층(3)은 별개로 제작된 3개의 세그먼트(5)로 이루어져 있으며, 이들 3개의 세그먼트(5)는 연결 영역(6)에 의해 접합되어 있다. 본 변형 실시형태에서, 미끄럼층(4)은 지지층(3)의 안쪽 표면(7) 위에 연속적으로 연장하며 지지층과 접합되어 있다.
하프 쉘(2)은 적어도 180°의 각 영역(angular range)을 둘러싸고 있다. 본 발명에서 사용되는 "적어도 약 180°"라는 용어는, 이러한 하프 쉘(2)들이 조립되어 베어링 영역을 형성하고, 180°의 각 영역을 형성하며, 종래 기술에서 알려져 있는 베어링 영역 즉 베어링 장착 영역 내에서 긴장 상태(tension)로 유지될 수 있도록 상기 유형의 하프 쉘(2)이 예컨대 180°보다도 최대 5° 정도 작은 것으로 정의된다. 이렇게 조립됨으로서, 프레스 공정에 의해 축적될 수 있는 충분히 큰 스트레스 또는 가압력을 형성하도록, 하프 쉘(2)은 확장부(expansion)를 포함할 수 있다. 가압력은 하프 쉘(2)이 베어링 장착 방향과 동일한 방향으로 해당 베어링 장착의 길이보다 큰 길이로 원둘레 방향으로 연장하는 소위 베어링 돌출부를 구비함으로써도 달성될 수 있다. 예컨대, 그 길이는 (베어링의 직경 + 베어링의 직경/F) 식에 따라 계산되는 양만큼 크다. 여기서 계수 F는 1,000, 특히 800, 바람직하기로는 650이다.
도 1에는 단지 3개의 세그먼트(5)만이 도시되어 있지만, 3개 이상의 세그먼트(5), 예컨대 4개, 5개, 6개, 7개, 8개, 9개, 10개 등의 세그먼트(5)인 것도 본 발명의 범위 내에 속한다. 지지층(3)에 대해 3개 이상의 세그먼트(5)가 사용됨에 따라, 지지층(3)의 각 세그먼트(5)들 사이에는 더 많은 연결 영역(6)이 존재할 수 있다. 또한, 2개의 세그먼트(5)만을 사용하여 지지층(3)을 형성할 수도 있다.
상기 미끄럼 베어링(1), 즉 하프 쉘(2)은 각 세그먼트(5)들을 접합하는 방식으로 제조될 수 있다. 세그먼트(5)들 사이의 연결은 형 접합(form bonding) 및/또는 재료 접합(material bonding) 및/또는 가압 끼워 맞춤식 연결(press-fit connection)에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 각 세그먼트(5)들의 연결은 각 세그먼트(5)들을 성형한 후, 즉 평탄형 소재 스트립을 미끄럼 베어링 하프 쉘의 해당 곡률 반경의 세그먼트(5)로 성형한 후에 이루어지거나, 각 세그먼트들을 서로 연결한 후에, 그 전체를 프레스 가공하여 하프 쉘(2)로 성형할 수도 있다.
이 변형 실시형태에서, 미끄럼층(4)은 세그먼트(5)들로 예컨대 미끄럼 베어링 하프 쉘을 제조하는 방법으로 종래로부터 공지되어 있는 방법, 예컨대 전기적 방식(galvanically), 롤 접합(roll bonding) 또는 스퍼터링 같은 PVD 방식 또는 CVD 방식으로 서로 접합하여 사전에 이미 형성되어 있는 하프 쉘 형태의 지지층(3) 상에 부착된다. 상기 방법과 관련된 것은 종래 기술에 속하는 방법과 관련하여 전술한 바와 같으며, 반복하여 언급하지 않도록 하기 위해, 통상의 기술자에게 관련 문헌이 참고될 수 있다.
도 2는 하프 쉘(2) 형태의 미끄럼 베어링(1)의 또 다른 변형 실시형태를 도시한다. 도 1에 따른 실시형태에서와 같이, 본 실시형태에서도 지지층(3)이 복수의 세그먼트(5)들로 형성된다. 도 2에 따르는 실시형태에서 지지층(3)은 3개의 세그먼트(5)로 형성되어 있지만, 본 실시형태에서도 지지층(3)을 형성함에 있어 그 보다 적거나 또는 더 많은 세그먼트(5)들이 사용될 수도 있다. 미끄럼층(4)이 지지층(3) 상에 배치되어 그 지지층(3)에 접합되어 있다. 도 1에 따른 실시형태와는 달리, 미끄럼 베어링(1)의 본 실시형태에서는, 미끄럼층(4)도 세그먼트(9)들로 형성되어 있다. 이 실시형태에서 지지층(3)의 세그먼트(5)들 간의 연결 영역(6)은 미끄럼층(4)의 2개의 세그먼트(9) 사이의 다른 연결 영역(10) 아래에 위치한다. 또한, 연결 영역(6)과 연결 영역(10)은 원주 방향(11)으로 서로 오프셋 방식으로 배치될 수도 있다. 또한, 미끄럼층(4)을 구성하는 세그먼트(9)의 수량은 지지층(3)의 세그먼트(5) 수량과 다를 수도 있다. 예컨대, 미끄럼 베어링(1)이, 지지층(3)에 대해서는 3개의 세그먼트(5)를, 미끄럼층(4)에 대해서는 2개 또는 4개 또는 5개 또는 6개 등의 세그먼트(9)를 포함할 수 있다.
미끄럼층(4) 위에 배치될 수 있는 추가 층(12)을 점선으로 나타내었다. 추가 층(12)은 예컨대 러닝-인 층의 형태일 수 있다. 상기 추가 층(12)은 미끄럼층(4)으로 형성될 수도 있다. 이러한 경우 도 2에서 도면부호 4로 지시되어 있는 미끄럼층은 베어링 금속층으로 설계될 수 있다. 베어링 금속층 대신, 도 2에서 도면부호 4로 지시되어 있는 상기 미끄럼층은 접합층(bonding layer)일 수 있으며, 이에 따라 층 구조는 지지층(3)-접합층-미끄럼층(4)으로 형성된다.
지지층(3)의 후방부(13) 위쪽, 즉 내부 표면(7)의 반대쪽의 후방 표면에는 지지층(3)의 후방부 상에 나타날 수 있는 미동마멸(fretting) 문제를 방지하기 위해 내미동마멸층(antifretting layer)이 배치될 수 있다. 도 2에서 내미동마멸층을 점선으로 표시하였다.
일반적으로 본 발명이 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 층 구조만으로 한정되는 것이 아님에 주목해야 한다. 필요하다면 도시되어 있는 각 층들 사이에 접합층이나 확산 장벽층들이 추가로 배치될 수 있다. 예컨대, 미끄럼층(4)과 지지층(3) 사이에 접합층이, 또는 지지층(3)과 내미동마멸층(14) 사이에 접합층이, 또는 미끄럼층(4)과 베어링 금속층 사이에 확산 장벽층이, 또는 베어링 금속층과 지지층(3) 사이에 확산 장벽층이 배치될 수 있다. 원리적으로, 이러한 미끄럼 베어링 디자인은 종래로부터 공지되어 있으며, 이들이 모두 참고가 된다.
도 2에 점선으로 나타낸 바와 같이, 모든 층들이 개별 세그먼트(5, 9)로 구성되어 있으며, 이들 개별 세그먼트(5, 9) 사이에는 연결 영역(6, 10)이 형성될 수 있고, 이러한 구성 또한 본 발명의 바람직한 실시형태 중 하나이다. 특히, 이러한 방식에 따라 연결 영역(6, 10)이 하프 쉘(2)의 반경방향으로 서로의 상부에 배치됨에 따라, 하프 셀은 사전에 미리 제작된 복수의 세그먼트(5, 9)로 구성될 수 있게 된다. 그러나 전술한 바와 같이, 반경 방향으로 서로의 상부 위에 배치되어 있는 적어도 2개 층의 각 세그먼트(5, 9) 사이의 연결 영역(6, 10)은, 원주 방향(11)을 따라 서로에 대해 오프셋 방식으로 배치될 수도 있다.
하프 쉘(1) 제조와 관련하여, 전술한 사항들이 참고가 된다. 특히 개별 세그먼트(5, 9)들은 접합 소재 및/또는 형 접합 방식 및/또는 가압 연결에 의해 서로 접합될 수 있다. 또한, 세그먼트(5)의 성형은, 예컨대 미끄럼층(4) 또는 베어링 금속층과 미끄럼층(4) 또는 전술한 복합층과 같은 추가 층들을 적층하기 전에 또는 추가 층들을 적층한 후에 이루어질 수 있다. 또한 평탄형 기판들을 코팅할 때에, 코팅한 후에 또는 하프 쉘(2)로 성형하기 전에 그 기판들을 서로 접합할 수 있다.
지지층(3)과 추가로 부착될 수 있는 베어링 금속층은 개별 세그먼트(5)로 제작되고, 도 1에 따른 실시형태에서와 같이, 반제품을 하프 쉘(2)로 성형한 후에, 미끄럼층(4)이 그 층 복합체 위에 적층될 수 있다. 이렇게 함으로써, 미끄럼층(4)은 베어링 금속층의 세그먼트의 내부 표면 위에 연속적으로 연장 부착된다.
도 1 및 도 2에 따른 실시형태에서, 각 층들의 개별 세그먼트(5, 9)는 원주 방향(11) 방향으로 서로에 대해 이웃하여 배치되어 있으며, 서로가 접합되어 있다. 세그먼트(5, 9)의 배치와 관련된 상기 실시형태는 본 발명의 범위에 속한다.
도 3에 도시한 바와 같이, 세그먼트(5, 9)들이 축 방향(15)으로 서로에 대해 이웃하여 배치될 수 있으며, 이에 따라 상기 세그먼트(5, 9)들은 원주 방향(11)으로 연속적으로 연장하게 된다.
도 3에 따른 실시형태에서, 개별 세그먼트(5, 9)들은 원주 방향(11)으로 복수의 세그먼트(5, 9)들로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 도 3에 따른 실시형태와 도 1 또는 도 2에 따른 실시형태가 서로 조합된 실시형태가 이루어질 수도 있다.
도 3에 따른 실시형태에서 미끄럼 베어링(1) 내에 개별적으로 배치될 수 있는 층들과 관련해서는, 전술한 사항들이 참고가 된다.
개별 세그먼트(5, 9)들을 접합하기 위해, 개별 세그먼트(5, 9)들은 서로에 대해 인접하게 배치될 수 있으며, 또한 서로에 대해 이격 배치될 수 있다. 개별 세그먼트(5, 9)들이 서로에 대해 이격되어 있는 경우, 상기 연결 영역(6, 10)은 통상적인 용접 방식으로 추가의 재료로 충전된다. 필요하다면, 예컨대 V형 단면 같은 용접 그루브를 형성하도록, 연결 영역(6) 내에서 개별 세그먼트(5, 9)들이 경사져(bevelled) 있을 수 있다. 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 지지층(3)의 세그먼트(5) 또는 일반적으로는 미끄럼 베어링(1)의 각 층들의 세그먼트(5, 9)들은 연결 영역(6) 내에서 부분적으로 중첩 배치되어 접합될 수 있다. 여기서, 미끄럼 베어링(1)의 각 세그먼트(5) 또는 추가의 세그먼트(9)는 서로 이웃하여 배치되어 있는 세그먼트(5)에서 마주보는 단부면들(16, 17) 내에서 계단식으로 형성되어 있고, 접합되어 있는 두 개의 세그먼트 중 하나의 세그먼트는 내부 표면(7) 영역에서 계단모양으로 되어 있고, 다른 하나의 세그먼트는 후방 영역(13)에서 거울상의 계단모양으로 되어 있어서, 도 4에 도시한 바와 같이, 2개의 세그먼트(5)들이 서로의 상부에 배치될 수 있게 된다. 이러한 형태의 바람직한 연결 실시형태에서, 내부 표면(7) 또는 후방부(13)에서 단차(graduation)가 형성되지 않으면서 이웃하는 세그먼트들이 합체되도록 하는 단차 치수가 선택될 수 있다. 즉, 세그먼트(5, 9)들 사이의 표면 위에는 단차가 없도록 단차 치수가 선택될 수 있다.
도 5는 지지층(3)의 세그먼트(5)들이 각각 다른 개수의 추가 층들을 지지하고 있는, 미끄럼 베어링(1)의 변형 실시형태를 도시한다. 지지층(3)의 각 세그먼트(5) 위에 베어링 금속층(18)과 미끄럼층(4)이 배치되어 있다. 지지층(3)의 세그먼트 중 두 개의 외각 세그먼트(5) 각각은 러닝면(19) 위에 추가 층을 포함한다. 추가 층은 러닝-인층(20) 또는 마모층(wearing layer)으로 설계되어 있다. 연결 영역(6) 또는 연결 영역(10)은 반경 방향으로 서로의 상부에 배치되어서, 도 2에 따른 실시형태에서와 같이, 미끄럼 베어링(1)은 전체 세그먼트(whole segment)로 별개로 제작된 3개의 세그먼트로 이루어져 있다. 전체 세그먼트는 미끄럼 베어링 하프 쉘의 세그먼트들 중 하나의 세그먼트의 최종 층 구조물로 정의된다.
상기 러닝-인층(20) 또는 마모층은 미끄럼 베어링 단부면(21, 22)에서부터 상기 러닝-인층(20)이 없는 중심 영역(23)까지 연장하고 있다. 미끄럼 베어링(1)의 측면 부분에 상기 러닝-인층(20) 또는 마모층을 배치하게 되면, 러닝-인층(20)이 있는 이들 영역들 중 적어도 한 영역에서 윤활유에 먼지의 부착이 최대로 되기 때문에, 추가되는 러닝-인층(20)이 미끄럼 베어링(1)에 더 잘 적응할 수 있다는 이점이 있다.
물론, 전체 세그먼트들은 전술한 바와 같이 서로 다른 층 구조로 될 수 있다. 특히 러닝-인층(20) 대신에 다른 층이 배치될 수 있는데, 이러한 경우 개별 전체 세그먼트가 서로 각각 다른 층수로 되거나 모든 전체 세그먼트 중 적어도 2개의 전체 세그먼트가 서로 다른 층수로 되어 있을 수 있다. 전체 세그먼트 모두가 서로의 상부에 배치되어 있는 층수가 다를 수도 있다.
본 실시형태에서 하프 쉘(2) 전반에 걸친 전체 층 두께(24)는 일정하다. 이에 따라 개별 층수가 많은 전체 세그먼트 내에서 적어도 하나의 층의 층 두께는 미끄럼 베어링 하프 쉘의 중심 영역(23) 내의 동일한 층의 두께에 비해 작을 수 있다.
러닝-인층(20) 또는 추가 층이 반경방향으로 가장 안쪽에 배치되어 있으며, 중앙 영역(23)에서 반경 방향으로 가장 안쪽에 있는 층보다 강도가 더 큰 미끄럼 베어링 단부면(21, 22)으로 시작하는 각 영역은, 각 미끄럼 베어링 단부면(21, 22)의 시작부에서부터 최대 45° 특히 최대 30°까지 연장할 수 있다. 이 경우, 미끄럼 베어링(1)의 두 개의 외각부 중 하나의 외각부에, 추가 층이 배치될 수 있으며, 이 경우, 하프 쉘(2)의 설치 위치가 제작 전에 알려져 있다면 더 유리하다.
일반적으로, 본 발명의 모든 실시형태에서, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 크라운(crown) 영역에서 세그먼트(5)를 그 하프 쉘(2)의 크라운에서부터 측정할 때 ±25°, 특히 ±15°의 각 범위로 배치할 수 있다. 상기 세그먼트(5)의 강도는 다른 세그먼트(5)의 강도보다 크다. 특히 더 강한 미끄럼층(4) 및/또는 더 강한 지지층(3)을 구비할 수 있다. 이렇게 함으로써, 점화 압력에 의해 야기되는 고압의 응력을 보다 효과적으로 처리할 수 있게 된다.
이와는 대조적으로, 도 6은 미끄럼 베어링(1)의 경로에 걸쳐 축 방향(15)으로의 전체 층 두께(24)가 다른 본 발명의 실시형태를 도시한다. 여기서는 간단명료함을 위해, 단지 2개 층 즉 지지층(3)과 미끄럼층(4)만이 도시되어 있지만, 본 변형 실시형태에서 2층 이상의 층들이 제공될 수도 있다. 지지층(3) 또는 미끄럼층(4)의 세그먼트(5)들 또는 세그먼트(9)들은, 도 3에 따른 실시형태에서 도시되어 있는 바와 같이, 축 방향(14)으로 서로가 이웃하여 배치되어 있다. 이와 마찬가지로, 세그먼트(5)들 또는 세그먼트(9)들 사이에는 연결 영역(6)들 또는 연결 영역(10)들이 반경 방향으로 서로 앞뒤로 배치되어 있다.
이 실시형태에서, 지지층(3)은 반경 방향(15)으로의 경로 전체에 걸쳐 층 두께가 균일하도록 설계되어 있다. 이와 달리, 미끄럼층(4)은 축 방향(15)으로 두께가 가변인 영역을 구비한다. 즉, 중앙 영역(27)의 층 두께는 얇은 반면에, 2개의 가장자리 영역(25, 26)의 층 두께는 그 보다 더 크다. 특히, 중앙 영역에 비해 가장자리 영역(25, 26)에, 적어도 반경방향으로 가장안쪽 층에 고강도 재료가 제공되는 경우, 미끄럼 베어링(1)의 가장자리 하중이 보다 효과적으로 다루어질 수 있다.
그러나, 미끄럼층(4)은 축 방향(15)으로 균일한 층 두께가 되도록 설계되고, 지지층(3)의 후방부(13) 영역에 있어서, 중앙 영역(27)보다 가장자리 영역(25, 26)의 층 두께가 더 크게 되도록 설계할 수도 있다.
또한, 본 발명의 변형 실시형태에서, 각 영역들 즉 가장자리 영역(25) 또는 가장자리 영역(26) 또는 중앙 영역(27)의 층수가 다르게 할 수 있으며, 이에 따라 세그먼트들(5, 9)의 층수가 서로 다르게 될 수 있다.
지지층(3)의 세그먼트(5)들 중 적어도 하나의 세그먼트는 베어링 금속층(18) 및/또는 미끄럼층(4)의 복수의 세그먼트들 또는 섹션들을 포함하여, 한 층 내에서 세그먼트들의 수량이 후방부(13)로부터 러닝면(19) 방향으로 적어도 서로의 상부 위에 배치되어 있는 두 층들 사이에서 증가하게 할 수도 있다. 이러한 디자인을 채용함으로써, 사용 조건에 따라 미끄럼 베어링(1)이 바람직한 기계적 물성과 마찰윤활적 물성을 구비하도록 미세하게 조정될 수 있다.
도 7은 미끄럼 베어링(1)의 하프 쉘(2)을 제조하기 위한 반제품(28)을 도시한다(도면부호는 도 1에 따라 부여함). 하프 쉘(2)로 성형하기 전의 상기 반제품은 여전히 평탄한 상태에 있다. 반제품(28)은 서로 이웃하게 배치되어 있는 2개의 세그먼트(5)로 이루어진 지지층(3)과, 상기 세그먼트(5)들 상부에 2개의 세그먼트(9)들로 배치되어 있는 미끄럼층(4)을 포함한다. 개별 세그먼트들(5, 9)은 미끄럼 베어링(1)의 원주 방향(11)으로, 도 1의 실시예 방식으로 도시하였다. 지지층(3)의 세그먼트(5)들 사이의 연결 영역(6)에서, 반경방향, 즉 러닝면(19) 방향으로 연결 영역의 상부 위에 V형 그루브(29)가 형성되어 있다. 이는 미끄럼층(4) 또는 미끄럼층(4)의 세그먼트(9)들이, 축 방향(15)으로 대향하는 외각 단부면들(30, 31)에 경사진 에지를 구비할 뿐만 아니라 미끄럼층(4)의 세그먼트(9)들 사이에 베벨링(32, 33)을 구비하고 있다는 것을 의미한다. 이렇게 함으로써, 향후에 하프 쉘(2)로 간단하게 성형할 수 있고, 미끄럼층(4) 내에 발생하는 응력이 감소된다. 필요하다면, 예를 들어 도 2에 따른 실시형태에 대해 설명한 바와 같이, 미끄럼층(4)의 세그먼트(9)들 사이의 이 영역은 성형 공정이 종료된 후에 재료 접합 방식으로 서로 접합되어 연결 영역(10)을 형성할 수 있다.
물론, 성형을 간단하게 하기 위해, 상기 그루브(29)의 단면을 서로 다르게 형성시킬 수도 있다. 상기 그루브(29)가 미끄럼층(4)의 전체 층 두께에 걸쳐 연장하여 반드시 지지층(3)의 표면(7)에까지 이를 필요는 없으며, 상기 그루브(29)의 깊이는 미끄럼층(4)의 층 두께, 즉 세그먼트(9)들의 두께보다 작을 수도 있다.
원리적으로, 미끄럼 베어링(1)이 두 개 층 이상으로 되어 있는 경우, 한 층 이상에 위와 같은 그루브들이 형성될 수 있다. 여기서, 측벽들의 베벨링은 각 층의 반경에 적합하도록 서로 다를 수 있다.
도 8 및 도 9는 지지층(3)의 세그먼트(5)들의 평면도를 나타내고 있다. 보다 명료하게 표현하기 위해, 추가로 부착될 수 있는 층들은 모두 생략되어 있다.
세그먼트(5)들 사이에서, 연결 영역(6)이 축 방향(15)으로 정렬되어 있는, 본 발명의 바람직한 실시형태가 도 8에 도시되어 있다.
그러나, 도 9에 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 세그먼트들 사이의 연결 영역(6)이 축 방향(15)에 대해 경사져 있을 수도 있다. 특히, 이러한 경우, 전술한 이유로 인하여 축 방향(15)으로 형성되는 경사각(34)은 하한 2° 및 상한 30° 사이의 범위에서 선택된다. 그러나, 상기 경사각은 하한 7° 및 상한 25° 사이의 범위에서 선택될 수도 있다.
원리적으로, 미끄럼 베어링(1)의 각 층들은 미끄럼 베어링(1)의 각 층에 대해 사용되는 것으로 종래 기술로부터 알려져 있는 소재들 또는 미끄럼 베어링(1)으로 사용할 수 있는 소재들로 제작될 수 있다. 미끄럼 베어링(1)의 적어도 대부분은 금속들 또는 금속 합금들로 제작된다. "적어도 대부분"(at least mostly)이란 용어는 반경방향으로 미끄럼 베어링(1)의 가장 안쪽 층, 즉 지지되는 부품과 반대편의 층이 윤활 코팅으로 형성될 수 있다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 필요하다면, 상기 윤활 코팅층은 복수의 부분층들로 이루어질 수 있다. 특히, 반경방향으로 하프 쉘(2)의 가장 안쪽 층으로서 윤활 코팅층을 미끄럼 베어링(1) 위에 피복할 때에, 반제품의 성형 즉 반제품(28)을 하프 쉘(2)로 성형한 후에 윤활 코팅층이 피복되어, 윤활 코팅층이 미끄럼 베어링(1) 내에서 세그먼트들을 형성하지 않으면서 연속적으로 배치된다. 윤활 코팅 물질을 단순히 분사한 후에 윤활 코팅 물질의 중합 성분들이 중합함으로써, 윤활 코팅층들이 형성될 수 있다는 점은 주지되어 있다. 물론, 윤활 코팅층을 미끄럼 베어링(1) 내에서 세그먼트들 형태로 배치할 수도 있다.
지지층(3) 또는 지지층(3)의 적어도 개별 세그먼트(5)들은 강(steel) 또는 관련 업계에서 이러한 목적으로 사용되는 것으로 공지되어 있는 소재, 예컨대 황동(brass)으로 제작되는 것이 바람직하다. 가압 끼워 맞춤 요건에 부합되는 다른 소재들도 또한 사용될 수 있다.
세그먼트들 또는 베어링 금속층(18)의 적어도 개별 세그먼트들에 대해서는, 일례로 다음과 같은 합금들이 사용될 수 있다.
알루미늄 베이스의 베어링 금속들(부분적으로 DIN ISO 4381 bzw. 4383에 따름):
AlSn6CuNi, AlZn5SiCuPBMg, AlSn20Cu, AlSi4Cd, AlCd3CuNi, AlSi11Cu, AlSn6Cu, AlSn40, AlSn25CuMn, AlSi11CuMgNi, AlZn4SiPb;
동 베이스의 베어링 금속들(부분적으로 DIN ISO 4383에 따름):
CuPb10Sn10, CuSn10, CuPb15Sn7, CuPb20Sn4, CuPb22Sn2, CuPb24Sn4, CuPb24Sn, CuSn8P, CuPb5Sn5Zn, CuSn7Pb7Zn3, CuPb10Sn10, CuPb30;
납 베이스의 베어링 금속들:
PbSb10Sn6, PbSb15Sn10, PbSb15SnAs, PbSb14Sn9CuAs, PbSn10Cu2, PbSn18Cu2, PbSn10TiO2, PbSn9Cd, PbSn10;
주석 베이스의 베어링 금속들:
SnSb8Cu4, SnSb12Cu6Pb.
물론, 전술한 알루미늄, 구리, 납 또는 주석 베이스의 베어링 금속들 외에 다른 베어링 금속들, 특히 종래로부터 공지되어 있는 모든 베어링 금속들도 사용될 수 있다.
그러나, 무연 베어링 금속들이 사용되는 것이 바람직하다.
접착제 층(들)의 세그먼트들 또는 적어도 개별 세그먼트들에 대해, 예컨대 알루미늄 층 또는 AlSc3 같은 알루미늄 합금층, 또는 Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Ag, Mo, Pd 및 이들의 합금 그리고 NiSn 합금 또는 CuSn 합금 등이 사용될 수 있다. 이러한 경우에 있어서도, 접착성을 개선시키는 것으로 종래로부터 공지되어 있는 모든 소재들이 사용될 수 있다.
확산 장벽층(들)의 세그먼트들 또는 적어도 개별 세그먼트들에 대해, 위와 유사하게 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층들 또는 니켈 층들, 또는 Mn, Ni, Fe, Cr, Co, Cu, Ag, Mo, Pd 및 이들의 합금들이 사용될 수 있다.
미끄럼층(4)의 세그먼트들 또는 적어도 개별 세그먼트(9)들에 대해, 예컨대 AlSn20Cu, AlSn40Cu, AlBi15Mo2, AlBi11CuO.5NiO.5, AlBi25Cu 같은 알루미늄계 합금들, 예컨대 SnSb15Cu5, SnSb4Cu1 같은 주석계 합금들, 예컨대 CuBi20 같은 동계 합금들, 비스무스계 합금들, 은계 합금들, Bi, Ag, Sn, 화이트 메탈 합금들, 니켈 합금 등이 사용될 수 있다. 위에 나열한 리스트는 예시적인 것으로, 원리적으로는 미끄럼층(4)의 세그먼트(9)들에 대해 종래로부터 공지되어 있는 모든 소재들이 사용될 수 있다.
원리적으로, 예를 들어 미끄럼 베어링(1)용으로 대형 베어링 폭이 가능하도록 하기 위해, 개별 세그먼트들 예컨대 세그먼트(5) 또는 세그먼트(9)는 동일한 소재로 제작되는 층 내에 형성될 수 있다. 그러나, 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 미끄럼 베어링(1)의 층 내의 세그먼트들은 서로 다른 소재들로 제작된다. 즉, 적어도 2개의 세그먼트들은 서로 다른 소재로 제작된다. 그러나, 모든 세그먼트들에 대해 동일한 소재가 사용될 수 있고, 한 층 내의 적어도 2개의 세그먼트들은 서로 다른 물성, 특히 서로 다른 경도 또는 서로 다른 내부 응력 패턴을 가질 수 있다. 이는 종래로부터 알려져 있는 바와 같이, 소재들을 서로 다르게 사전 처리(pretreatment) 함으로써 달성될 수 있다. 이에 따라 상기 소재들이 동일한 성분으로 이루어졌음에도 불구하고, 세그먼트들은 서로 다른 물성 프로파일을 구비할 수 있게 된다. 특히, 지지층(3) 즉 지지층(3)의 세그먼트(5)들 외에, 미끄럼층(4)의 세그먼트(9)들 및/또는 베어링 금속층(18)의 세그먼트들 또는 적어도 하나의 추가층의 세그먼트들은, 동일 층의 다른 세그먼트의 소재와 물성이 다른 소재들로 구성된다.
이때, 본 발명의 범위에 속하는 실시형태는 지지층(3)이 미끄럼층(4)만을 포함하거나, 지지층(3) 외에 베어링 금속층(18)을 포함할 수 있다는 점에 주목해야 한다.
전술한 바와 같이, 미끄럼 베어링(1)의 각 층들의 각 세그먼트들은 금속들 또는 금속 합금들로 제작될 수 있다. 그 예외로는 전술한 윤활 코팅층이 있다. 또한, 상기 층들은 소결재(sintered material)로 제작되지 않는 것이 바람직하다.
하나의 층 내에 금속 합금들을 사용할 때, 이 층의 세그먼트들은 서로 다른 금속 합금들로 제작될 수 있다.
미끄럼 베어링(1)을 제조하기 위해, 전술한 바와 같이, 층 내의 개별 세그먼트들 즉 특히 지지층(3)의 세그먼트(5)들 및 필요하다면 추가층의 세그먼트들 예컨대 미끄럼층(4) 및/또는 베어링 금속층(18)의 세그먼트(9)들은 재료 접합 또는 형 접합 방식 및/또는 가압 끼워 맞춤식 연결에 의해 서로 접합된다. 이 경우, 원리적으로는 일반적으로 종래로부터 알려져 있는 방식 예컨대 전자빔 용접과 같은 임의의 용접 가공, 또는 솔더링 특히 경납땜(hard soldering)으로 재료 접합 연결부를 형성시킬 수 있다. 이때에는 개별 세그먼트들을 구성하는 소재와 추가되는 소재 간의 부합성(compatibility)을 반드시 고려해야 한다. 이에 따라, 공지의 추가 소재가 선택되어야 한다.
본 발명 방법의 바람직한 실시형태에서, 미끄럼 베어링(1)의 층 내의 세그먼트들이 레이저 빔 용접으로 서로 접합되는 경우 용접 이음부를 형성함에 있어 추가의 소재를 사용하지 않아 바람직하지만, 이러한 이음부는 연결 영역(6) 또는 연결 영역(10) 내의 세그먼트들의 소재를 용융함으로써 형성된다. 따라서, 이러한 방법에 의해 얻어지는 이점은, 연결 영역들 특히 연결 영역(6)과 연결 영역(10)에 이웃하는 부분을 지나치게 가열하지 않으면서 이음부가 형성된다는 것이고, 또한, 개별 세그먼트들이 층 내에서 층 두께에 걸쳐 적어도 거의 완전하게 접합된다는 것, 즉 용접 이음매가 층 두께에 걸쳐 형성된다는 것이다. 이 경우에 있어서, "적어도 대략"이라는 용어는, 각 층의 층 두께의 5%에 달할 수 있는 세그먼트들 내부의 코어 영역은 접합되지 않을 수 있다는 것을 의미한다. 따라서 상기 세그먼트들 간의 연결 영역들에 이웃하는 인접 영역에 대한 온도 부하의 감소가 추가로 달성될 수 있기 때문에, 이러한 "단점"(disadvantage)도 고려해야 한다. 그러나, 이를 위한 전제 조건은 미끄럼 베어링 하프 쉘이 강도 사양을 만족시켜야 한다는 것이다.
높은 신뢰성을 가지고 충분히 깊은 위치까지 가열하기 위해, 즉 미끄럼 베어링(1)의 층의 코어부의 소재를 용융하기 위해서는, 레이저 용접에 있어서 레이저 빔의 강도는 적어도 2 MW/㎠인 것이 바람직하다.
세그먼트들 간의 연결 영역들에 인접하는 개별 세그먼트들에 미치는 온도의 영향을 줄이기 위해, 후방 측부, 즉 후방부(13)와, 전방 측부 즉 러닝면(19)에서부터 용접을 하는 것이 바람직하다. 일반적으로 용접은 한쪽 부분에서부터 예컨대, 후방부(13) 방향으로부터 또는 러닝면(19) 방향으로부터 이루어질 수 있다.
개별 세그먼트들의 용접은, 세그먼트들을 하프 쉘(2)로 성형하기 전에, 즉 예컨대 반제품(28)과 같이 평탄한 상태에서 수행되는 것이 바람직하다. 지지층(3)의 세그먼트(5)들을 성형하기 전에, 지지층(3)에 미끄럼 베어링(1)의 적어도 하나의 추가층을 부착 또는 적층하는 것도 바람직하다. 다시 말하면, 이는 평탄형 기판, 즉 지지층(3)의 세그먼트(5)가 평면 또는 평탄한 상태에 있을 때에 코팅되는 것이 바람직하다는 것을 의미한다.
미끄럼 베어링(1)의 세그먼트들을 용접하기 전에, 지지층(3)의 세그먼트(5)들 위에 개별 층들을 적층하는 것도 바람직하다. 본 발명의 상기 실시형태에 의한 이점은, 지지층(3)의 세그먼트(5)들 위에 개별 층들을 적층하는 데에 다른 적층 방법이 사용될 수 있다는 것이다. 예컨대, 미끄럼 베어링(1)의 층 내에서 PVD-층들 또는 롤 접합 층들과 전기도금층(galvanic layer)이 조합될 수 있다.
용접법 외에, 예를 들면, 세그먼트에서 다른 세그먼트를 지향하는 세그먼트의 단부면은 그루브 특히 언더컷 그루부 예컨대 더브테일(dovetail) 단면을 포함하고 있고, 해당 단부면에 대응하는 다른 세그먼트의 단부면에는 웨브가 형성되어서, 세그먼트들이 형 접합에 의해서도 접합될 수 있다. 필요하다면, 상기 형-접합 이음부는 특히 하프 쉘(2)로 성형하는 중에 가압 끼워맞춤(press-fit)될 수 있다.
다양한 재료들을 조합하여 본 발명을 철저하게 시험하였고, 본 명세서의 기재 범위를 초과하지 않도록, 수행된 일부 시험은 부분적으로만 기재하였다.
실시예 1:
서로 다른 방식으로 사전 처리된 2개의 강재 밴드를 롤 접합하여 폭 350㎜의 지지층(3)으로 제조하였고, 베어링 금속층은 AlSn40Cu1로 제작하였다. 이때, 접합된 강재 밴드의 최종 두께는 15.5㎜로 동일한 상태에서, 패스 당 큰 감소율로 가공한 강재 밴드의 베어링 금속층(18)의 경도는 대략 10% 높은 수준이었다. 하나의 하프 쉘(2) 세그먼트용으로 상기 2개의 접합 강재 밴드를 길이 1250㎜로 절단한 후, 절단선을 따라 레이저 용접으로 접합하였다. 이러한 방식으로 제작된 반제품은 3개의 세그먼트들을 구비하는데, 중앙의 세그먼트는 경도가 큰 베어링 금속층(18)과 내부 응력이 작은 강을 구비하는 반면, 외각 섹션의 베어링 금속층(18)은 경도가 낮았다. 상기 반제품에서 유효 폭 500㎜, 유효 길이 1000㎜의 베어링 플레이트 2개를 절단하여 베어링 쉘로 성형하였다. 상기 미끄럼 베어링 하프 쉘들로 이루어진 미끄럼 베어링(1)을 테스트한 결과, 원주 주위로 베어링 금속층(18)의 물성이 균일하고 동일 치수의 미끄럼 베어링보다 성능 특성이 더 우수하다는 것을 알 수 있었다.
실시예 2:
미끄럼 베어링 내의 특정 위치에서 캐비테이션 손상(cavatation damage)이 종종 발생한다. 이러한 캐비테이션 손상을 방지하기 위해서는, 매우 경질의 베어링 재료가 사용되어야 하는데, 이는 종래의 베어링에 있어서 마찰윤활적 특성과 먼지 매립 능력을 상당히 감소시키는 결과를 야기한다. 캐비테이션 손상에 민감한 원주 영역에 AlSn10Cu1 합금으로 제작된 베어링 금속층을 구비하는 베어링 쉘 세그먼트를 사용하고, 다른 부분에는 AlSn20Cu1로 제작된 베어링 금속층을 사용하면, 캐비테이션 손상부 영역에는 더 강한 베어링 금속이 사용될 수 있기 때문에, 미끄럼 베어링(1)의 전반적인 거동에 있어서, AlSn20Cu1의 먼지 침입방지 및 마찰윤활적 특성을 상실하지 않으면서도 캐비테이션 손상이 예방될 수 있다.
실시예 3:
동일 크기의 3개의 플레이트를 용접하여, 중앙의 플레이트는 AlSn40Cu-합금으로 된 베어링 금속층을 포함하고, 2개의 외각 플레이트는 SnSb40Cu3-합금으로 된 베어링 금속층을 포함하도록 하였으며, 이들을 강재 지지 쉘 위에 위치시켰다. 이러한 종류의 베어링 쉘들은 로드 베어링을 연결하는 데에 사용되며, 메인 하중을 지지하기 위한 통상의 연결 로드 베어링에 비해 강재 지지 쉘과 AlSn40Cu로 된 베어링 금속층이 부착된 균일한 베어링 쉘을 가진다. 상기 베어링들을 연소 기관 내에서 250시간 동안 작동하여 시험, 관찰하였다. 종래의 베어링의 움직임 화상(moving image)은 베어링의 원주 영역 전체에 걸쳐 먼지 입자들이 일으키는 마멸 흔적(trace of wear)을 명확하게 나타낸다. 주로 하중이 걸리는 메인 영역에서의 이러한 거동은 베어링을 사용하는 중에 내하중 능력(load bearing ability)을 감소시키는 결과를 야기한다. 그러나, 본 발명에 따른 베어링은 SnSb40Cu3으로 이루어진 연질 베어링 영역 내에 상당한 양의 먼지 입자들을 매립시키고, 하중이 걸리는 메인 영역 내의 AlSn40Cu로 제작된 베어링 금속층에는 거의 스크래치가 없었다.
실시예 4:
미끄럼 베어링(1)의 후방부(13) 위에 미동마멸(fretting)이 발생하지 않도록 하기 위해, 지지층(3)을 2개의 다른 강으로 제작하였다. 2개의 외각 세그먼트(5)는 C10 강 또는 이와 유사한 강으로 제작하였고, 지지층의 중앙부의 세그먼트(5)는 C22 계열 강 또는 이와 유사한 강으로 제작하였다. 응력, 즉 미끄럼 베어링(1) 하프 쉘을 베어링 홀더로 가공하는 중에 이들 2종의 강의 내부 응력 경로가 다르기 때문에, 충분히 높은 수준의 응력이 축적될 수 있다. 상기 미끄럼 베어링(1)을 단 하나의 세그먼트로 이루어진, 즉 연속적인 지지층(3)을 구비하는 종래의 미끄럼 베어링과 비교하였다. 이 경우에 있어서, 미끄럼 베어링 하프 쉘이 회전하기 시작할 때가지 하중을 증가시키며 시험을 하였다. 5,000 시간 가동한 후, 본 발명에 따른 미끄럼 베어링의 미동마멸 흔적이 매우 적다는 것을 알 수 있었다. 또한, 상기 베어링은 미끄럼 베어링 하프 쉘이 회전하기 전에도 상당히 큰 하중을 지지할 수 있음을 알 수 있었다.
본 실시예에서, 협동하는 미끄럼 베어링 하프 쉘들에서 분리되어 있는 영역 즉 작동 상태에서 가장 큰 응력이 발생하는 영역에 보다 강한 강편을 부착하였다.
미동마멸이 있는 원주 영역을 구비하는 베어링에서, 위와 같은 고강도 세그먼트가 그 영역에 사용될 수 있다. 베어링에서 캐비테이션 손상부 특히 오일 홀이 있는 영역에 동일한 사항이 적용된다.
실시예 5:
현재 대량 생산되고 있는 대형 베어링들을 화학적 코팅법 및 주로 물리적 코팅법으로 코팅하는 것은 비경제적이고, 설계된 시스템은 적당한 크기가 아니며, 대형 미끄럼 베어링(1)용 특수 플랜트를 건설하는 것은 필요 수량이 소량이라는 점을 감안하면 비경제적이기 때문에, 하프 쉘(2)의 가장자리 영역에는 강/납 황동 구조의 세그먼트(5)들과 하프 쉘(2)의 크라운 영역에는 강/AlZn5 구조의 세그먼트(5)로 구성된 하프 쉘(2)들로 미끄럼 베어링(1)을 제조하였다. 또한, 미끄럼층(4) 위의 세그먼트들 상에 그라파이트와 MoS2s를 구비하는 폴리아미드 이미드 베이스의 미끄럼 도장층을 고형 윤활제로 도포하였다. 상기 하프 쉘(2)들은 내하중성(loadability)과 미동마멸 경향의 측면에서 매우 우수한 결과를 나타내었다.
실시예 6:
가장자리 세그먼트들에 대해 강/납/황동/니켈/미끄럼 도장 구조를 선택하였고, 크라운 세그먼트에 대해서는 강/AlBi11Cu0.5Ni0.5 스퍼터링층을 선택하여, 실시예 5를 반복 수행하였다. 이러한 방식으로, 실시예 5의 결과가 개선될 수 있었다.
예시적 실시형태들은 미끄럼 베어링(1)에 대해 실시할 수 있는 실시형태를 보여주는 것으로, 본 발명이 특정 도시된 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 그 보다는 각각의 실시형태들이 다양하게 조합될 수 있으며, 기술적 사항에 대한 본 발명의 교시들로부터 이러한 다양한 실시형태들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게는 자명한 것으로 이해되어야 한다.
형식적인 측면에서, 미끄럼 베어링(1)의 구조에 대한 이해를 좀 더 쉽게 하기 위해, 미끄럼 베어링(1)과 그 구성부품들은 실제 스케일 및/또는 확대 및/또는 축소 표현되어 있다는 점을 이해해야 한다.
1 미끄럼 베어링(sliding bearing)
2 하프 쉘(half shell)
3 지지층(support layer)
4 미끄럼층(sliding layer)
5 세그먼트(segment)
6 연결 영역(connecting area)
7 표면(surface)
8
9 세그먼트
10 연결 영역
11 원주 방향(circumferential direction)
12 층(layer)
13 후방부(rear)
14 내미동마멸층(anti-fretting layer)
15 방향(direction)
16 단부면(end face)
17 단부면
18 베어링 금속층(bearing metal layer)
19 러닝면(running surface)
20 러닝-인층(running-in layer)
21 미끄럼 베어링 단부면(sliding bearing end face)
22 미끄럼 베어링 단부면
23 중심 영역(central area)
24 전체 층 두께(total layer thickness)
25 가장자리 영역(edge area)
26 가장자리 영역
27 중심 영역
28 반제품(semi-finished product)
29 그루브(groove)
30 단부면
31 단부면
32 베벨링(bevelling)
33 베벨링
34 경사각(angle of inclination)

Claims (28)

  1. 지지층(3), 베어링 금속층(18) 및/또는 미끄럼층(4)을 포함하는 미끄럼 베어링(1)으로, 지지층(3)은 서로 접합된 복수의 세그먼트(5)들로 제작되고, 그 세그먼트(5)들 사이에는 연결 영역(6)이 형성되어 있으며, 세그먼트(5)들이 서로 용접되어 하프 쉘(2)을 형성하는 미끄럼 베어링에 있어서,
    지지층(3)의 세그먼트(5)들이 하프 쉘(2)의 원주 방향으로 서로에 대해 이웃하여 배치되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  2. 제1항에 있어서,
    베어링 금속층(18) 및/또는 미끄럼층(4)은 복수의 세그먼트(9)들로 구성되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    미끄럼층(4)과 베어링 금속층(18) 또는 지지층(3) 사이, 또는 베어링 금속층(18)과 지지층(3) 사이, 또는 지지층(3)의 후방부 위에, 적어도 하나의 층이 추가로 배치되어 있고, 이들 층들 모두가 복수의 세그먼트(5, 9)들로 구성되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 지지층(3) 또는 베어링 금속층(18) 또는 미끄럼층(4)의 적어도 하나의 세그먼트(5, 9)가 동일한 층의 추가의 세그먼트(5, 9)를 이루는 소재와 물성이 다른 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  5. 제4항에 있어서,
    상기의 다른 물성이 세그먼트(5, 9)들의 경도 및/또는 내부 응력인 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    적어도 지지층(3) 또는 베어링 금속층(18) 또는 미끄럼층(4)의 적어도 하나의 세그먼트(5, 9)는 동일 층의 다른 세그먼트(5, 9)를 이루는 소재와 성분이 다른 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    세그먼트(5, 9)들이 부분적으로 중첩되게 배치되어 있으며, 단차(graduation)를 발생시키지 않으면서 서로 맞닿아 있는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    연결 영역(6), 연결 영역(10) 또는 연결 영역(6, 10)들이 하프 쉘(2)의 원주 방향(11)으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하프 쉘(2)의 세그먼트(5, 9)들 중 적어도 두 개의 세그먼트는 서로의 상부 위에 배치되어 있는 층들의 층수가 다른 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  10. 제9항에 있어서,
    서로의 상부 위에 배치되어 있는 층들의 층수가 다른 하프 쉘(2)의 반경 방향으로의 전체 층 두께가 일정한 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    하프 쉘(2)의 세그먼트(5, 9)들 중 적어도 두 세그먼트의 전체 층 두께가 다른 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    지지층(3)의 세그먼트(5)들 중 적어도 하나의 세그먼트가 베어링 금속층(18) 및/또는 미끄럼층(4)의 복수의 세그먼트(9)를 지지하는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  13. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    2개의 세그먼트(5, 9)들 사이의 연결 영역(6, 10)은 세그먼트(5, 9)들의 소재로 제작되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.
  14. 평탄형 기판을 미끄럼 베어링 하프 쉘로 성형하여 형성되는 지지층(3)과, 그 지지층(3) 위에 부착되어 있는 적어도 하나의 추가층을 포함하며, 상기 지지층(3)이 서로 용접되어 있는 복수의 세그먼트(5)들로 이루어진, 미끄럼 베어링 하프 쉘 제조 방법에 있어서,
    상기 지지층(3)의 복수의 세그먼트(5)들이 하프 쉘(2)의 원주 방향으로 서로에 대해 이웃하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가층도 복수의 세그먼트들로 구성되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서,
    지지층(3)의 세그먼트(5)들을 서로 접합하기 전에, 상기 적어도 하나의 추가층이 부착되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가층을 부착한 후에, 세그먼트(5)들을 미끄럼 베어링 하프 쉘로 성형하는 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    지지층(3)의 세그먼트(5)들을 미끄럼 베어링 하프 쉘로 성형하기 전에, 지지층(3)의 세그먼트(5)들의 접합이 수행되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    지지층(3)의 세그먼트(5)들이 레이저 용접에 의해 접합되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    레이저 빔의 빔 강도가 적어도 2 MW/㎠인 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  21. 제14항에 있어서,
    추가의 재료를 사용하지 않으면서 세그먼트(5, 9)들이 서로 용접되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  22. 제14항에 있어서,
    미끄럼 베어링 하프 쉘을 반경 방향에서 보았을 때에, 세그먼트(5, 9)들의 후방부와 전방부 양쪽으로부터 세그먼트(5, 9)들이 용접되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  23. 제14항에 있어서,
    상기 지지층(3)의 세그먼트들 중 적어도 두 개의 세그먼트(5)들에 대해, 물성이 서로 다른 금속들 또는 금속 합금들이 사용되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 지지층(3)의 세그먼트들 중 적어도 두 개의 세그먼트(5)들에 대해, 다른 금속들 또는 금속 합금들이 사용되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
  25. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 추가층의 세그먼트들 중 적어도 두 개의 세그먼트들이 다른 코팅 방식으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 미끄럼 베어링 하프 쉘의 제조 방법.
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