KR20080009124A - 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링, 특히 차량의 휠 베어링 - Google Patents

밀폐식 레이디얼 롤러 베어링, 특히 차량의 휠 베어링 Download PDF

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하르트비크 발데르트
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Abstract

본 발명은 밀폐식 레이디어 롤러 베어링(1), 특히 차량의 휠 베어링에 관한 것으로써, 이 레이디얼 롤러 베어링은 주로 외측 베어링 링(2) 및 내측 베어링 링(3) 및 베어링 링(2, 3) 사이에서 롤링되는 복수의 회전체(4)를 포함하며, 이 회전체는 베어링 케이지(bearing cage)(5)를 통해 균일한 상호 간격으로 유지된다. 여기에서, 회전체(4)에 대해 양측에서 축방향으로 이격되고 베어링 링(2, 3) 사이에서 각각 방사상 방사상으로 배치된 실링 부재(6)가 존재하는데, 이 실링 부재는 외측 베어링 링(2)과 결합된 하나 또는 복수의 실링 립(8, 9)을 포함하며, 이 실링 립은 억지 끼워맞춤을 통해 내측 베어링 링(3)과 결합된 원심 링(centrifugal ring)(10)과 접촉한다. 본 발명에서는 실링 부재(6)의 원심 링(10)이 간단하게 냉간 성형이 가능한 강판으로 이루어지며 아연 함유성 구성 성분이 포함된 갈바니 부식 방지 코팅(13)을 포함하며 그 음극성 보호 효과로 인해 내측 베어링 링(3)에 대한 그 억지 끼워맞춤부에서 원심 링(10)의 녹 침착 뿐 아니라 원심 링(10)에서 실링 립(8, 9)의 접촉 구역에서의 부식물 침착도 억제할 수 있다.

Description

밀폐식 레이디얼 롤러 베어링, 특히 차량의 휠 베어링{SEALED RADIAL ROLLING BEARING, IN PARTICULAR WHEEL BEARING FOR A MOTOR VEHICLE}
본 발명은 청구항 1에 명시한 특징에 따른 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링에 관한 것으로써, 이 레이디얼 롤러 베어링은 바람직하게도 특히 차량 휠 베어링에서 구현 가능하다.
일반적으로 롤러 베어링 기술 분야의 전문가들에게는 복수의 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링이 잘 알려져 있는데, 이런 레이디얼 롤러 베어링은 주로 외측 베어링 링 및 내측 베어링 링 및 베어링 링 사이에서 롤링되며 베어링 케이지를 통해 균일한 상호 간격으로 유지되는 복수의 회전체로 이루어진다. 습기 및 오염물의 침입을 방지하기 위하여 특히 휠 베어링으로서 차량에 사용하는 경우, 이 레이디얼 롤러 베어링은, 회전체에 대해 양측에서 축방향으로 이격되고 베어링 링 사이에서 각각 방사상으로 배치된 실링 부재를 포함하는데, 이 실링 부재는 외측 베어링 링과 결합된 적어도 하나의 실링 립을 포함하며, 이 실링 립은 억지 끼워맞춤을 통해 내측 베어링 링과 결합된 원심 링과 접촉한다.
독일 특허 DE 103 35 713 A1에는 예를 들어 이러한 유형의 레이디얼 롤러 베어링이 공개되어 있는데, 이 레이디얼 롤러 베어링에서는 회전체에 대해 축방향으 로 이격된 방사상 실링 부재가 각각 경화된 얇은 링으로 보강된 엘라스토머 실링으로 이루어지며, 이 엘라스토머 실링은 그 프로파일 횡단면의 일측 단부를 통하여 홈에서 고정된 외측 베어링 링에 고정되며, 그 프로파일 횡단면의 다른 단부에서는 방사상 방향에서 상하로 배치된 세 개의 실링 립을 포함한다. 실링 부재를 축방향 외측에서 한정하며 프로파일 횡단면에서 L자형인 원심 링이 이 엘라스토머 실링에 속하는데, 이 원심 링은 축방향 내측 또는 회전체를 향하는 그 프로파일 레그를 거쳐 억지 끼워맞춤을 통해 레이디얼 롤러 베어링의 내측 베어링 링과 결합한다. 축방향 프로파일 레그에는 엘라스토머 실링의 세 개의 실링 립 중 중앙 실링 립이 부착되며, 반면 방사상 외측 실링 립은 원심 링의 방사상 프로파일 레그에 접촉하고 방사상 내측 실링 립은 내측 베어링 링에 접촉한다.
하지만 카세트 실(cassette seal)이라고도 불리는 베어링 실링의 단점은, 부식 방지를 위해 실링의 원심 링이 스테인레스 강판으로 제조되어야 하며 따라서 이 원심 링으로 인해 비교적 높은 재료 비용이 발생하고 이로써 베어링의 제조 비용이 증가되는 것이다. 또한 스테인레스 강판은 그 고유의 합금 성분으로 인해 일반적으로 비절삭 성형이 매우 어렵거나 또는 매우 제한적으로만 가능하므로, 단순히 횡단면 형상을 표시하는 데에만 적합하다. 이외에도 실제 현장에서는, 원심 링의 비절삭 성형 시 제조 정확성 및 내측 베어링 링에 고정되는 원심 링의 시트부(seat part)에서 내측 베어링 링의 외경부 공차로 인해 틈새가 형성될 수 있으며, 이런 틈새의 모세관 현상으로 인해 습기가 이 시트부에 침입할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 대개 내측 베어링 링에는 단순한 롤러 베어링 강이 사용되므로, 스테인레스 강 판으로 원심 링을 제조하는 경우에도 시트부의 녹 침투가 발생할 수 있는데, 이는 이후 사용 기간 중에 베어링 공간으로의 물 침투를 야기시키고 베어링의 조기 고장의 원인이 된다.
내측 베어링 링에 있는 원심 링의 시트부로의 습기 침입을 방지하기 위한 간단한 조치는 적합한 조치를 통하여 시트부를 밀봉하는 것이다. 이러한 조치는 예를 들어 독일 특허 DE 38 06 928 A1에 공개되어 있는데, 이 특허에서는 L자 형태의 원심 링의 축방향 레그에 대해 베어링의 내측 링에 대향하는 면에 미조립 상태에서 얇은 탄성 코팅을 부착하고, 이 코팅이 내측 베어링 링의 외측면에서 둘레에 형성된 홈으로 유입되도록 하는 방식으로 이 코팅이 원심 링의 부착 시 벗겨진다.
하지만 내측 베어링 링에서 원심 링의 시트부에 대한 이러한 방식의 실링은 상당한 비용이 소요되고 실제 현장에서는 실질적으로 사용하지 않는데, 그 이유는 탄성 코팅이 벗겨진 시트부의 구역에서 전과 마찬가지로 접촉 부식이 발생할 수 있으며 이러한 부식으로 인하여 시트부에서 녹이 침착되고 이후 사용 기간 중에 베어링 공간으로 물이 침투할 수 있기 때문이다. 이외에도 벗겨진 탄성 코팅을 흡수하기 위하여 제공되는, 내측 베어링 링의 외측면에 형성된 둘레 홈도 단점으로 입증되었는데, 그 이유는 이 홈으로 인하여 내측 베어링 링에서 원심 링의 시트 면적이 감소하고 따라서 그 고정력이 약화되기 때문이다.
내측 베어링 링에 있는 원심 링의 시트부로의 습기 침입을 방지하기 위한 다른 가능성은 독일 특허 DE 38 22 816 A1에 공개되어 있다. 이 해결 방법에서는 L자 형태의 원심 링의 축방향 레그가 자유 단부에서 돌출부를 포함하는데, 이 돌출부는 그 부착 후 샤프트 또는 내측 베어링 링 외측면의 홈에 삽입된다. 이어지는 원심 링의 원통형의 시트면으로 사전에 실링용 래커가 도포되고, 이 실링용 래커는 조립 시 전술한 돌출부에 의해 보호되는데, 그 이유은 돌출부가 대응면에 접촉하지 않기 때문이다. 판재의 돌출부가 홈에 맞물릴 때 비로소, 원통형 실링면의 직경이 변하므로 실링용 래커가 대응면에 접촉하고 이 위치에 존재할 수도 있는 틈새를 완전히 밀봉한다.
하지만 이러한 조치도 현장에서는 효과가 없는 것으로 입증되었는데, 그 이유는 그 구현을 위해서는 L자 형태의 원심 링의 축방향 레그가 돌출부를 위하여 추가적으로 벤딩되어야 하며, 이를 위해서는 제조 시 추가적인 공구 및 공정 단계가 필요하고 따라서 베어링 제조 비용이 증가하기 때문이다. 이 뿐만 아니라, 이어지는 원심 링 시트면으로 도포되는 실링용 래커에 대한 이 돌출부의 보호 효과가 완전하지 않는 것으로 밝혀졌는데, 그 이유는 원심 링의 부착 시 실링용 래커에서 수축 및 균열이 발생할 수 있고 이로 인하여 접촉 부식 및 시트부의 리크와 함께 전술한 부정적 결과가 나타나기 때문이다.
따라서 알려진 종래 기술에 따른 해결 방법에 대한 전술한 단점에서 출발하여, 본 발명의 목적은, 그 실링이 비절삭 방식으로 쉽게 성형할 수 있는, 저렴한 재질의 원심 링을 포함하며 원심 링의 녹 침착 및 접촉 부식이 내측 베어링 링에 대한 그 억지 끼워맞춤부에서 발생하지 않는, 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링, 특히 차량의 휠 베어링을 제공하는 것이다.
본 발명에서 이 목적은 청구항 1의 전제부에 설명한 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링에서 다음을 통하여 달성된다. 실링 부재의 원심 링이 간단하게 냉간 성형이 가능한 강판으로 이루어지며 아연 함유성 구성 성분이 포함된 갈바니 부식 방지 코팅을 포함하며 그 음극성 보호 효과로 인해 내측 베어링 링에 대한 그 억지 끼워맞춤부에서 원심 링의 녹 침투 뿐 아니라 원심 링에서 실링 부재의 접촉 구역에서의 부식물 침착도 억제할 수 있다.
따라서 본 발명은 이미 알려진 음극성 보호 효과의 활용을 근거로 하는데, 이러한 효과는 양측 금속, 즉 아연과 강철이 상대적 습도, 우수 및 그와 유사한 것과 같은 전해액을 통하여 전기 전도성으로 서로 결합될 때 항상 발생한다. 이 효과는 다음과 같은 사실을 근거로 한다. 아연이 금속의 전위 서열에서 강철보다 낮고, 전해액으로 인해 갈바니 요소(galvanic element)를 형성하며, 이로 인해 원심 링 코팅과 내측 베어링 링 사이에 전압차가 발생한다. 비한 금속(less noble metal)인 아연이 희생양극으로써 용액으로 용해되고, 즉 코팅의 아연에서 베어링 링의 강철로의 전자 이동이 발생하고, 따라서 귀한 금속(more noble metal)인 강철이 전기 화학적 방식에 따라 부식으로부터 보호된다.
본 발명에 따라 형성된 레이디얼 롤러 베어링의 바람직한 형태 및 개선된 형태는 종속항에 설명된다.
종속항인 청구항 2, 청구항 3 및 청구항 4에 따르면, 원심 링의 부식 방지 코팅이 대안적으로 아연 철 합금, 아연 니켈 합금 또는 아연 코발트 합금으로 제조될 수 있다. 합금 주성분인 아연을 부식으로부터 보호하기 위하여 아연 철 합금에서는 아연에 약 1 %의 철이 첨가되며, 아연 니켈 합금에서는 약 10 %의 니켈이 첨가되며 아연 코발트 합금에서는 약 1 %의 코발트가 합금과 유사하게 아연에 첨가된다.
본 발명에 따라 형성된 레이디얼 롤러 베어링의 실시 형태로서 청구항 5에서는, 원심 링의 부식 방지 코팅이 0.5 ㎛ 내지 3.0 ㎛의 층두께를 갖는 것이 제안된다. 이 층두께는 롤러 베어링 부품의 표면 거칠기에 따라 결정되며 갈바니 층이 완전하게 원심 링의 거친 표면에 포함되므로 그 공차와 관련하여 부정적인 영향을 미치지 않는다는 이점을 갖는다. 마찬가지로 얇은 층두께로 인해 환경 오염이 감소된다.
따라서 본 발명에 따라 형성된 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링은 종래 기술에서 알려진, 카세트 실을 구비한 레이디얼 롤러 베어링에 비하여, 원심 링을 위한 기본 재료로써 단순한 강판을 사용할 수 있고, 이러한 강판은 비용이 저렴할 뿐 아니라 가공이 용이하고 비절삭 방식으로 성형할 수 있으므로 더욱 난해한 횡단면 형상의 제조에도 적합하다는 이점을 갖는다. 또한 아연 함유성 부식 방지층이 포함된 원심 링의 코팅은 다음과 같은 이점을 갖는다. 음극성 보호 효과로 인하여 원심 링 뿐 아니라 레이디얼 롤러 베어링의 내측 베어링 링에 대한 그 억지 끼워맞춤부도 장기간 부식 및 녹 침착으로부터 보호되며 따라서 베어링 공간으로의 물의 침투 및 베어링의 조기 고장이 억제된다. 매우 얇은 코팅으로의 마찰로 인하여 원심 링에서 시각적으로 밝게 보이는 면이 형성되는 실링 립 구역에서도 습기와의 접촉 시 음극성 보호 효과로 인해 녹 형성이 장기간 방지된다. 이로써 부식 방지층의 층 두께가 얇음에도 불구하고 치수 유지를 위한 별도의 조치 없이 저비용으로 제조된 코팅 부품에서 우수한 녹 방지 효과가 달성된다.
본 발명에 따라 형성된 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링의 바람직한 실시 형태는 하기 도면을 통해 상세히 설명된다.
도면은 카세트 실을 구비한 본 발명에 따라 형성된 레이디얼 롤러 베어링의 부분 횡단면도를 나타낸다.
도면에서는 차량의 휠 베어링으로서 형성된 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링(1)이 상세히 도시되어 있다. 이 레이디얼 롤러 베어링은 주로 외측 베어링 링(2) 및 내측 베어링 링(3) 및 베어링 링(2, 3) 사이에서 롤링되며 베어링 케이지(5)를 통해 균일한 상호 간격으로 유지되는 복수의 회전체(4)로 이루어진다. 또한 도면에서는, 회전체(4)에 대해 양측 축방향에서 이격되고 베어링 링(2, 3) 사이에서 방사상 방향으로 배치된 각각 하나의 실링 부재(6)가 존재하는 것을 알 수 있는데, 이 실링 부재는 상세히 도시하지 않은 경화된 얇은 링을 통해 보강된 각각의 엘라스토머 실링(7)으로 이루어진다. 엘라스토머 실링(7)이 프로파일 횡단면의 일측 단부를 통하여 마찬가지로 상세하게 도시하지 않은 홈에서 고정된 외측 베어링 링(2)에 고정되며, 반면 그 프로파일 횡단면의 다른 단부에서는 방사상 방향에서 상하로 배치된 두 개의 실링 립(8, 9)을 포함한다. 실링 부재(6)를 축방향 외측에서 한정하며 프로파일 횡단면에서 L자형인 원심 링(10)이 이 엘라스토머 실링(7)에 속하는데, 원 심 링은 축방향 내측 또는 회전체를 향하는 그 프로파일 레그(profile leg)(11)를 거쳐 억지 끼워맞춤을 통해 레이디얼 롤러 베어링(1)의 내측 베어링 링(3)과 결합한다. 축방향 프로파일 레그(11)에는 엘라스토머 실링(7)의 방사상 내측 실링 립(9)이 부착되며, 반면 방사상 외측 실링 립(8)은 원심 링(10)의 방사상 프로파일 레그(12)에 접촉한다.
또한 개략적으로 도시되어 있지만 도면에서는 다음을 알 수 있다. 본 발명에서 실링 부재(6)의 원심 링(10)이 간단하게 냉간 성형이 가능한 강판으로 이루어지며 아연 함유성 구성 성분이 포함된 갈바니 부식 방지 코팅(13)을 포함하며 그 음극성 보호 효과로 인해 내측 베어링 링(3)에 대한 그 억지 끼워맞춤부에서 원심 링(10)의 녹 침착 뿐 아니라 원심 링(10)의 프로파일 레그(11, 12)에 대한 실링 립(8, 9)의 접촉 구역에서의 부식물 침착도 억제할 수 있다. 원심 링(10)의 부식 방지 코팅(13)은 아연 철 합금으로 제조되며 0.5 ㎛ 내지 3.0 ㎛ 사이의 층 두께를 갖는다.
본 발명은 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링, 특히 차량의 휠 베어링에 이용될 수 있다.
[도면 부호의 설명]
1 레이디얼 롤러 베어링
2 외측 베어링 링
3 내측 베어링 링
4 회전체
5 베어링 케이지
6 실링 부재
7 엘라스토머 실링
8 실링 립
9 실링 립
10 원심 링
11 축방향 프로파일 레그
12 방사상 프로파일 레그
13 부식 방지 코팅

Claims (5)

  1. 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링(1), 특히 차량의 휠 베어링으로서, 주로 외측 베어링 링(2)과 내측 베어링 링(3) 및 베어링 링(2, 3) 사이에 롤링되는 복수의 회전체(4)를 포함하며, 회전체(4)가 베어링 케이지(5)를 통해 균일한 상호 간격으로 유지되며, 회전체(4)에 대해 축방향 양측에서 이격되고 베어링 링(2, 3) 사이에 방사상 방향으로 배치된 실링 부재(6)가 존재하며, 이 실링 부재가 외측 베어링 링(2)과 결합된 하나 또는 복수의 실링 립(8, 9)을 포함하며, 이 실링 립은 억지 끼워맞춤을 통해 내측 베어링 링(3)과 결합된 원심 링(10)과 접촉하는 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링(1)에 있어서,
    실링 부재(6)의 원심 링(10)이 간단하게 냉간 성형이 가능한 강판으로 이루어지며 아연 함유성 구성 성분이 포함된 갈바니 부식 방지 코팅(13)을 포함하며 그 음극성 보호 효과로 인해 내측 베어링 링(3)에 대한 그 억지 끼워맞춤부에서 원심 링(10)의 녹 침착 뿐 아니라 원심 링(10)에서 실링 립(8, 9)의 접촉 구역에서의 부식물 침착도 억제 가능한 것을 특징으로 하는 레이디얼 롤러 베어링.
  2. 제1항에 있어서, 원심 링(10)의 부식 보호 코팅(13)이 아연 철 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링.
  3. 제1항에 있어서, 원심 링(10)의 부식 보호 코팅(13)이 아연 니켈 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링.
  4. 제1항에 있어서, 원심 링(10)의 부식 보호 코팅(13)이 아연 코발트 합금으로 제조되는 것을 특징으로 하는 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 원심 링(10)의 부식 보호 코팅(13)이 0.5 ㎛ 내지 3.0 ㎛의 층 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 밀폐식 레이디얼 롤러 베어링.
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