KR20110082136A - 롤링 베어링용 밀봉부 특히 풍력발전 터빈에 사용되는 롤링 베어링용 밀봉부 - Google Patents

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안드레아스 그루버
볼프강 스웨테
파스칼 오비제
제스코-헤닝 탄케
아케 픽크
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아크티에볼라게트 에스케이에프
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Abstract

본 발명에 따른 롤링 베어링은 내부 링(1), 외부 링(2), 한 열 이상의 롤링 부재 및 상기 외부 링과 내부 링 사이에 제공된 하나 이상의 밀봉부(7)를 포함한다. 상기 밀봉부(7)는 횡단면에서 전체적으로 H자 형태를 가지며 상기 H의 실질적으로 평행한 두 개의 외부 립(23, 24)과 내부 립(21, 22)을 포함한다. 상기 내부 및 외부 링(1, 2)은 상기 밀봉부를 축방향으로 유지시키기 위해 내부 립과 외부 립(21 내지 24) 사이에 축방향으로 위치된 서로 맞은편에 있는 방사형 리브(25, 26)를 포함한다.

Description

롤링 베어링용 밀봉부 특히 풍력발전 터빈에 사용되는 롤링 베어링용 밀봉부{SEAL FOR ROLLING BEARING, IN PARTICULAR FOR ROLLING BEARING USED IN A WIND TURBINE}
본 발명은 롤링 베어링 분야에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 튀기는 물, 먼지, 및 그 외의 외부물질과 같은 다양한 종류의 오염물질이 존재하며, 태양에 의해 방출된 자외 복사선에 노출되고 온도 변화에 처해진, 극한 외부환경에서 작동하는 롤링 베어링 분야에 관한 것이다.
이는 특히 바람의 방향에 따라 풍력발전 터빈(wind turbine)의 로터를 각도적으로 배열하기 위해 풍력발전 터빈에 사용되는 롤링 베어링의 경우이다.
그 외의 경우, 롤링 베어링의 경우에서, 보다 구체적으로는, 예를 들어 상기 풍력발전 터빈에 사용되는 대형 롤링 베어링의 경우에서, 매 번 베어링에 윤활유가 제공될 때 베어링 내부의 압력이 매우 증가된다. 베어링의 작동 동안, 상기 압력은 0.4 MPa까지 올라갈 수 있다. 따라서, 잉여 그리스(grease)가 밀봉부(seal) 위치에서 베어링으로부터 방출될 수 있는 위험성이 존재한다. 대형 롤링 베어링의 경우, 상기 잉여 그리스를 배출시킬 수 있도록 하기 위해 압력 릴리프 밸브(relief valve)가 제공된다. 하지만, 잉여 그리스는 종종 상기 밸브들보다는 밀봉부를 통해 상기 베어링으로부터 빠져나온다.
하지만, 심지어, 베어링에 하중이 작용할 때, 두 개의 링(ring)이 회전 운동을 할 수 있는 상대 운동의 경우에도, 베어링이 정상적으로 구동되는 동안 그리고 베어링에 윤활유를 제공되는 동안 즉 베어링 내부가 압축되는 동안, 베어링 밀봉부를 통해 그리스가 빠져나오는 것이 안정적으로 방지되어야 하는 다양한 분야가 있다. 링의 이러한 상대 운동은 특히 롤링 베어링이 큰 직경을 가질 때 상대적으로 더 중요하다.
이러한 결점을 방지하기 위하여, 문헌 FR-A-2 778 954호는 환형 공간에 의해 반경방향으로 서로 분리되고 동시구성되는 제 1 링과 제 2 링 사이에서 하나 열 이상의 롤링 부재들을 포함하는 롤링 베어링을 위한 밀봉 장치를 기술하고 있다. 이 장치는 상기 환형 공간 내부에 있는 제 2 링 상에 위치된 베어링 표면에 대해 누르고 있는 립(lip)을 포함하고 제 1 링에 고정된 탄성 밀봉부를 적어도 포함한다. 상기 밀봉부의 립은 베어링 표면에 대해 누르고 있는 힘이 베어링 내부의 압력과 함께 증가되도록 형태가 형성된다.
이러한 밀봉 장치로, 상기 립은 윤활유가 제공되는 동안 뿐만 아니라 베어링이 정상적으로 구동되는 동안 그리스가 빠져나가는 것을 효율적으로 방지한다.
하지만, 이 문헌에 개시되어 있는 밀봉 장치는 상기 링 위에 유지시키기 위해 롤링 베어링의 내부 링 위에 형성된 홈 내에 강제로 끼워넣어야 하는 결점이 있다. 이는 장착 시간과 비용에 있어서 문제가 된다.
본 발명의 한 목적은 앞에서 언급한 결점을 해결하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 설치하기 쉽고, 심지어 롤링 베어링 내부의 압력이 올라가도 베어링으로부터 그리스가 빠져나오는 것이 방지되며, 또한 수분, 먼지 및 그 외의 물질이 유입되는 것이 방지되는 하나 이상의 밀봉부를 가진 롤링 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 우수한 내마모성과 내부식성을 가진 롤링 베어링을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 풍력발전 터빈 용도로 구성된 대형 롤링 베어링을 제공하는 데 있다.
한 구체예에서, 본 발명에 따른 롤링 베어링은 내부 링, 외부 링, 한 열 이상의 롤링 부재(rolling element) 및 상기 외부 링과 내부 링 사이에 제공된 하나 이상의 밀봉부를 포함한다. 상기 밀봉부는 횡단면에서 전체적으로 H자 형태를 가진다. 상기 밀봉부는 상기 H의 실질적으로 평행한 브랜치(branch)를 형성하는 밀봉부의 외부 립과 내부 립을 포함한다. 상기 내부 링과 외부 링은 상기 밀봉부를 축방향으로 유지시키기 위해 내부 립과 외부 립 사이에 축방향으로 위치된 서로 맞은편에 있는 방사형 리브(radial rib)를 포함한다.
상기 밀봉부의 내부 립과 외부 립들은 축방향으로 상기 방사형 리브들과 탄성 결합되는(resiliently coupled) 것이 바람직하다.
한 구체예에서, 상기 방사형 리브들의 축방향 두께는 탄성에 의해 상기 리브들과 상기 밀봉부를 영구적인 접촉 상태에 유지시키기 위하여 결합부(joint)의 자유 상태에서 상기 내부 립과 외부 립 사이의 축방향 틈보다 더 크다.
상기 밀봉부는 상기 내부 링 및/또는 외부 링에 대해 주변 방향으로 자유로이 이동가능한 것이 유리하다.
상기 내부 립들은 외부를 향해 굽어진 프로파일을 가질 수 있으며 이에 따라 상기 립들의 오직 자유 단부들만이 상기 리브의 유지 표면(retaining surface)들에 대해 눌러진다(pressed). 상기 리브들의 유지 표면은 상기 베어링의 회전축에 대해 실질적으로 수직이다.
한 구체예에서, 상기 방사형 리브들은 롤링 부재 방향으로 내부를 향해 좁아지는 환형 통로를 형성한다.
상기 밀봉부는 90 쇼어 A 강도와 동일하거나 또는 이보다 큰 강도를 가진다. 상기 밀봉부는 열가소성 우레탄(TPU) 라이너(liner)로 형성되는 것이 유리하다. 상기 밀봉부는 금속으로 형성될 수 있다. 또한 상기 밀봉부는 TPU와 같은 플라스틱 재료와 금속 재료 모두를 포함할 수 있다.
적어도 상기 각각의 내부 립은 외부면에서 외부 립들을 향해 축방향으로 연장되는 돌출부를 포함한다.
상기 리브들은 내부 링과 외부 링들과 일체로 형성되거나, 또는 개별 바디(separate body)로 구성된다. 상기 리브들은 외측 표면에 코팅(coating)을 포함한다.
또한, 본 발명은 롤링 베어링용 밀봉부 제작 방법에 관한 것으로서, 상기 롤링 베어링 내에서 상기 밀봉부는 밴드(band) 형태로 제작되고 그 뒤 원하는 길이로 절단되며, 상기 롤링 베어링 내에서 상기 밀봉부의 단부는 이 단부들을 용접하기 위해 가열되고, 상기 밀봉부는 환형의 밀봉부를 얻기 위해 단부에서 단부까지 배치된 단부들로 자체적으로 압연된다(rolled).
또 다른 구체예에서, 상기 밀봉부는 내부 링, 외부 링, 상기 외부 링과 내부 링 사이에 있는 한 열 이상의 롤링 부재를 포함하는 롤링 베어링에 적합하다. 상기 밀봉부는 횡단면에서 전체적으로 H자 형태를 가지며 상기 H의 두 개의 브랜치를 형성하는 외부 립과 내부 립을 포함한다. 상기 내부 립과 외부 립은 서로 연결된다. 상기 밀봉부는 금속으로 형성된다.
또 다른 구체예에서, 상기 밀봉부는 내부 링, 외부 링, 상기 외부 링과 내부 링 사이에 있는 한 열 이상의 롤링 부재를 포함하는 롤링 베어링에 적합하다.상기 밀봉부는 횡단면에서 전체적으로 H자 형태를 가지며 상기 H의 두 개의 브랜치를 형성하는 외부 립과 내부 립을 포함한다. 적어도 상기 내부 링은 각각, 외부면에서, 상기 외부 립을 향해 축방향으로 연장되는 돌출부를 포함한다.
또한 본 발명은 내부 링, 외부 링, 상기 외부 링과 내부 링 사이에 있는 한 열 이상의 롤링 부재, 및 상기 링들 위에 제공된 서로 맞은편에 있는 방사형 리브들을 포함하는 롤링 베어링 내부에 밀봉부를 설치하는 방법에 관한 것으로서, 횡단면에서 전체적으로 H자 형태를 가진 상기 밀봉부는 상기 내부 링과 외부 링 사이에서 축방향으로 눌러지고, 상기 H의 제 1 브랜치가 상기 리브들에 의해 형성된 환형 통로를 관통하고 내부를 향해 반경방향으로 변형된다. 상기 밀봉부는 상기 밀봉부의 제 2 브랜치가 상기 리브들에 대해 지탱될 때까지 축방향으로 눌러지고, 상기 제 1 브랜치는 탄성에 의해 초기 형태로 복원된다.
상기 밀봉부는 상기 H의 제 1 브랜치가 상기 리브들에 대해 지탱하게 하기 위하여 상기 링들 사이에서 축방향으로 눌러지며, 그 뒤 상기 브랜치는 내부를 향해 반경방향으로 변형된다. 대안으로, 상기 H의 제 1 브랜치는 상기 밀봉부가 상기 링들 사이에서 축방향으로 눌러지기 전에 공구(tool)에 의하여 내부를 향해 반경방향으로 변형된다.
본 발명의 예시적이고 비-제한적인 구체예가 첨부된 도면들을 참조하여 아래에서 상세하게 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 구체예에 따른 롤링 베어링의 절반의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 롤링 베어링 일부분의 단면을 더 큰 비율로 도시한 도면이다.
도 3은 밀봉부 중 하나가 도 1의 롤링 베어링 내에 장착된 것을 보여주는 부분 단면도이다.
도 4는 또 다른 방법에 따라 밀봉부 중 하나가 도 1의 롤링 베어링 내에 장착된 것을 보여주는 부분 단면도이다.
도 5a 내지 5c는 도 3에 도시된 밀봉부를 제작하기 위한 단계를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 제 2 구체예에 따른 롤링 베어링의 일부분을 보여주는 단면도이다.
도 7과 8은 본 발명의 제 3 구체예와 제 4 구체예에 따른 롤링 베어링의 일부분을 보여주는 단면도이다.
도 1에 예시되어 있는 롤링 베어링(rolling bearing)은 내부 링(1)과 외부 링(2), 각각의 상기 롤링 부재(3 및 4)의 주변 방향으로 공간이 있는 상태를 유지하기 위한 2개의 환형 케이지(5, 6), 및 2개의 환형 밀봉부(7 및 8)를 포함하는 큰 직경을 가진 롤링 베어링으로서, 상기 내부 링(1)과 외부 링(2) 사이에 2열의 롤링 부재(3 및 4), 이 경우 볼(ball)이 수용된다.
상기 내부 및 외부 링(1, 2)은 롤링 베어링의 중심을 관통하는 방사형의 횡단 평면(transverse radial plane)에 대해 대칭이고 동심구조이다. 내부 링(1)은 중실 타입으로 구성된다. 용어 "중실 링(solid ring)"은 스틸 튜브 원료(steel tube stock), 바 원료(bar stock), 미가공 단조물(rough forging) 및/또는 압연 미가공품(rolled blank)으로부터 (기계가공, 연마공법에 의해) 재료를 제거하여 얻어진 링으로서 이해되어야 한다.
상기 내부 링(1)은 서로 맞은편에 있는 방사형의 외측 표면(1b, 1c)에 의해 경계가 정해지고 기계(도시되지 않음)의 구조물(structure) 또는 섀시(chassis)에 고정될 수 있도록 설계된 원통 형태로 구성된 보어(1a)를 가진다. 또한, 상기 내부 링(1)은 스텝구성된(stepped) 외부 원통형 표면(1d)을 포함하며 제 1 및 제 2 환상체의 원형 레이스(9, 10)가 상기 외부 원통형 표면(1d) 위로 형성된다. 상기 원형 레이스(9, 10)들은 롤링 베어링의 중심을 관통하는 방사형의 횡단 평면에 대해 서로 대칭이다. 각각의 레이스(9, 10)들은, 환형 홈(11, 12)에 의해, 횡단면에서 롤링 부재(3, 4)들에 적합한(adapted) 오목한 내부 프로파일을 가진 2개의 레이스웨이(raceway)로 세분된다. 상기 레이스(9, 10)의 레이스웨이들은 외부방향을 향하여 배열된다.
외부 링(2)도 중실 타입으로 구성되며, 이 외부 링(2)은 서로 맞은편에 있는 방사형의 외측 표면(2b, 2c)에 의해 경계가 정해지는 외부 원통형 표면(2a)을 포함한다. 내부 링과 외부 링(1, 2)의 방사형의 외측 표면(2b 및 1b, 2c 및 1c)은 각각 공면(coplanar)에 있다. 또한 외부 링(2)은 원통 형태의 스텝구성된 보어(2d)를 포함하는데, 제 1 및 제 2 환상체의 원형 레이스(13, 14)가 상기 보어(2d) 내에 형성된다. 이 레이스(13, 14)들은 롤링 베어링의 중심을 관통하는 방사형 평면(radial plane)에 대해 서로 대칭이다. 위에서 언급한 레이스(9, 10)와 유사하게, 상기 각각의 레이스(13, 14)도, 환형 홈(15, 16)에 의해, 횡단면에서 롤링 부재(3, 4)들에 적합한 오목한 내부 프로파일을 가진 2개의 레이스웨이로 세분된다. 상기 레이스(13, 14)의 레이스웨이들은 내부방향을 향하여 배열된다. 각각의 롤링 부재(3, 4)는 레이스(9, 13 및 10, 14)의 레이스웨이 사이에 각각 배열되고, 이와 동시에, 케이지(5 및 6)에 의해 거리가 떨어진 상태로 유지되며, 상기 링(1, 2)들과 접촉하는 4개의 지점들을 가진다.
공지되어 있는 것과 같이, 상기 링(1, 2)들은 이 두 링을 기계의 두 부분에 고정하기 위해 홀(17 및 18)을 포함하며, 롤링 베어링을 사용하여 서로에 대해 회전할 수 있다.
상기 두 링(1, 2)은 케이지(5 및 6)가 회전하는 환형의 공간(19)에 의해 반경방향으로 서로 분리된다. 밀봉부(7, 8)는 상기 환형의 공간(19) 내부에 있는 내부 링과 외부 링(1, 2) 사이에서 방사형으로 위치된다. 밀봉부(7)는 상기 링(1, 2)들의 방사형 표면(1b, 2b)과 롤링 부재(3) 사이에서 축방향으로 장착된다. 상기 밀봉부(7)는 상기 링(1 및 2) 내에 완전히 수용된다. 달리 말하면, 상기 밀봉부(7)는 롤링 베어링의 내측을 향하여 상기 방사형 표면(1b, 2b)에 대해 축방향으로 오프셋배열된다.
상기 밀봉부(8)는 상기 링(1 및 2)의 방사형 표면(1c, 2c)과 롤링 부재(4) 사이에서 축방향으로 위치되어, 상기 표면들로부터 일정 거리에 유지된다. 상기 밀봉부(8)는 앞에서 언급한 밀봉부(7)와 동일하며, 롤링 베어링의 중심을 관통하는 방사형 평면에 대해서 상기 밀봉부(7)에 대해 대칭으로 위치된다. 상기 링(1, 2)과 밀봉부(7, 8) 사이에 폐공간(closed space)이 형성되며 오염 물질(polluting element)에 대해 보호될 수 있도록 상기 폐공간 내에 롤링 부재(3, 4)가 수용된다.
도 2에 더욱 명확하게 도시된 것과 같이, 밀봉부(7)는 횡단면에서 전체적으로 H자 형상을 가진다. 탄성 물질로 형성된 밀봉부(7)는 환형 부분(20), 상기 H의 브랜치(branch) 들 중 하나를 형성하는 2개의 환형의 내부 립(21, 22), 및 상기 H의 브랜치 들 중 다른 하나를 형성하는 2개의 환형의 외부 립(23, 24)을 포함한다. 상기 립(21, 22 및 23, 24)은 밀봉부(7)의 중심을 관통하는 방사형의 횡단 평면에 대해 대칭이며, 립(21, 23 및 22, 24)도 상기 환형 부분(20)을 관통하는 축방향의 횡단 평면에 대해 대칭이다. 상기 립(21, 23 및 22, 24)은, 각각, 반경방향으로 서로를 향하며 내부 링과 외부 링(1 및 2) 위에 제공된 환형의 방사형 돌출부 또는 리브(25 및 26)에 대해 누르게 된다. 이 립(21 내지 24)들은 특정 범위의 축방향 탄성(axial elasticity)을 가지고 있으며 환형 부분(20)에 직접 부착되거나 또는 결합된다.
환형 리브(25)는 내부 링(1)의 외부 원통형 표면(1d)으로부터 외부 링(2)의 리브(26) 방향으로 반경방향으로 연장된다. 상기 리브(25)는 방사형 표면(1b)의 근처에 위치한다. 상기 리브(25)는 상기 리브(25)의 상부방향 연장부가 케이지(5)와 롤링 부재(3)를 향해 위치되도록 즉 롤링 베어링의 내부 측면 상에 위치되도록 배열된 원뿔대 형태의(frustoconical) 외측 표면(25c)에 의해 경계가 정해지고 서로 맞은편에 있는 방사형의 외측 표면(25a, 25b)에 의해 경계가 정해진다. 여기서, 상기 원뿔대 형태의 외측 표면(25c)은 롤링 베어링의 축과 대략 45°의 각을 이룬다.
이와 유사하게, 외부 링(2)의 보어(2d) 위에 제공된 환형 리브(26)도 원뿔대 형태의 보어(26c)에 의해 경계가 정해지고 서로 맞은편에 있는 방사형 외측 표면(26a, 26b)에 의해 경계가 정해진다. 상기 방사형 외측 표면(25a 및 26a, 25b 및 26b)은 각각 공면에 있다. 원뿔대 형태의 외측 표면(25c)을 고려할 때, 보어(26c)는 정반대 방향에 있는 경사면(slope)을 가진다. 따라서, 보어(25c)의 하부방향을 향하는 연장부는 롤링 부재(3)와 케이지(5)를 향하여 위치된다. 상기 리브(25, 26)는 롤링 부재(3) 방향으로 내부를 향해 좁아지고 원뿔대 형태의 표면(26c 및 25e)에 의해 반경방향으로 경계가 정해지는 홀(27) 또는 환형 통로의 경계를 결정한다.
상기 밀봉부(7)는 서로 맞은편에 있는 방사형 리브(25, 26)에 의해 내부 링과 외부 링(1, 2) 사이에 형성된 공간(19) 내에 축방향으로 유지된다. 보다 정확하게는, 상기 표면(25a, 26a, 25b, 26b)들은 각각 립(21 내지 24)을 위한 유지 표면(retaining surface)을 형성한다. 상기 밀봉부(7)의 환형 부분(20)은 접촉되지 않은 상태로 상기 홀(27) 내에 반경방향으로 배치된다.
립(21, 22)은 오직 상기 립(21, 22)의 자유 단부들만이 베어링 표면(25a, 26a)에 대해 눌러지도록 외부방향으로 굽어진 프로파일을 가진다. 이와 비슷하게, 립(23, 24)은, 압력이 없을 때, 오직 상기 립(23, 24)의 자유 단부들만이 각각 상기 외부의 유지 표면(25b, 26b)에 대해 눌러지도록 내부방향으로 굽어진 프로파일을 가진다. 밀봉부(7)의 브랜치들의 자유 단부들은 서로를 향해 축방향으로 수렴된다(converge). 도시된 구체예에서, 립(21, 22 및 23, 24)들은 이 립들의 리브(25 및 26)에 대해 가압선(line of pressing)이 롤링 베어링의 축에 대해 수직이 되도록 수치가 정해지고 형성된다.
립(21, 23 및 22, 24)과 리브(25 및 26)가 영구적인 접촉 상태를 유지하게 하기 위하여, 상기 리브들의 두께는 자유 상태(free state)에서 상기 립들 사이의 축방향 틈(axial gap)보다 더 커져야 한다. 따라서, 밀봉부(7)의 축방향 탄성에 의해, 상기 립(21 내지 24)들은 유지 표면(25a, 26a, 25b, 26b)들과 영구적인 접촉 상태가 유지된다. 따라서 밀봉부(7)와 리브(25, 26)는 축방향에서 탄성 결합되어(resiliently coupled) 상기 밀봉부(7)와 링(1, 2)들 사이에서 축방향 상대적 이동이 방지된다.
환형 리브(25, 26)들은 밀봉부(7)를 내부 링과 외부 링(1 및 2) 사이에 형성된 공간(19) 내에 축방향으로 유지시킨다. 상기 리브(25, 26)들은 상기 밀봉부(7)를 상기 링(1, 2) 사이에 제공된 공간(19) 내에 축방향으로 유지하는 수단을 구성한다. 이를 위해, 상기 립(21, 23)의 내측 직경은 원뿔대 형태의 표면(25c)의 하부방향 연장부의 직경부보다 더 작으며, 립(22, 24)의 외측 직경은 원뿔대 형태의 보어(26c)의 하부방향 연장부의 직경보다 더 크다.
상기 밀봉부(7)는 내부 링과 외부 링(1 및 2)에 의해 상기 공간(19) 내에 반경방향으로 유지된다. 립(21, 23)과 외측 표면(1d) 사이에서 방사형 틈이 제공되며 립(22, 24)과 보어(2d) 사이에도 틈이 제공된다. 따라서 상기 링(1, 2)과 밀봉부(7) 사이에 약간의 반경방향 상대 운동이 일어날 수 있다.
내부 립(21, 22)들은 케이지(5)와 롤링 부재(3)를 향하여 축방향으로 위치되는데, 이는 리브(25, 26)와 접촉 상태에 있는 롤링 베어링의 내측면 상에 위치되어 상기 롤링 베어링의 내부로부터 외부로 어떠한 그리스(grease)도 빠져나가지 않는다.
또한, 상기 립(21, 22)들의 외부방향으로 굽어진 프로파일과 유지 표면(25a, 26a)과의 협력(cooperation)에 의해, 베어링 내부의 압력이 증가되어, 예를 들어 그리싱 홀(greasing hole)(도시되지 않음)을 통해 베어링에 윤활유를 제공할(lubricating) 때 발생하기 쉬운, 상승된 압력의 영향 하에서 상기 립들이 빠질 위험없이, 유지 표면(25a, 26a)에 대한 립(21, 22)의 압력 힘이 증가된다. 이 경우, 립(21)과 유지 표면(25a) 사이에, 그리고 립(22)과 유지 표면(26a) 사이에 반경방향으로의 평면 접촉이 발생할 수 있다. 상기 립(21)들과 내부 링(1) 사이, 그리고 립(22)들과 외부 링(2) 사이의 방사형 틈들로 인해 상기 평면 접촉이 용이하게 된다.
상기 리브(25, 26)들과 접촉 상태에 있는 롤링 베어링의 외측면을 향해 축방향으로 위치된 외부 립(23, 24)들은 수분, 먼지 또는 진흙 물과 같이 외부 물질이 베어링 내부로 유입되는 것을 방지한다. 내부 립(21, 22)들은 외부 립(23, 24)들의 작용을 보완하고(supplement) 수분과 그 외의 외부 물질이 외부로부터 베어링 내부로 유입되는 것을 더 많이 방지한다.
또한, 밀봉부(7)의 외부 립(23, 24)과 내부 립(21, 22)들은, 밀봉부(7)의 밀봉 기능을 잃어버리지 않고도, 구동 동안 베어링에 가해질 수 있는 하중(축방향 모멘트, 반경방향 모멘트, 티핑 모멘트(tipping moment))의 작용 하에서 두 링(1 및 2)의 상대 운동 경우에 상기 립들의 기능을 유지한다.
구동 동안, 상기 밀봉부(7)는 내부 링(1) 및/또는 외부 링(2)에 대해 주변 방향으로 이동할 수 있다. 이 경우, 유지 표면(25a, 25b, 26a, 26b)에 대해 슬라이딩 이동이 발생한다. 이러한 슬라이딩 이동에 따라, 밀봉부의 립(21 내지 24)이 약간 마모될 수 있다. 하지만, 축방향으로의 밀봉부(7)의 탄성으로 인해, 상기 립(21 내지 24)들은 유지 표면(25a, 26a, 25b, 26b)과 영구히 접촉하는 상태에 있다. 립(21, 23)과 링(1) 사이 그리고 립(22, 24)과 링(2) 사이에 있는 반경방향 틈들에 의해, 밀봉부(7)와 상기 링들 사이에 약간의 반경방향 운동이 발생할 수 있다.
상기 부재들 사이에 고정 부분이 없기 때문에 상기 링(1, 2)에 대한 밀봉부(7)의 각운동(angular movement)도 가능한 상태로 유지된다. 이 밀봉부(7)는 주변 방향에서 상기 링(1, 2)들 중 하나에 단단하게 고정되지 않는다. 이에 따라 베어링의 링(1, 2)들 내에 밀봉부(7)가 장착되는 것이 더 쉽게 된다. 특히, 이 밀봉부는 앵귤러 인덱세이션(angular indexation) 없이도 단순한 축방향 푸싱 이동(pushing movement)으로도 장착된다. 더 구체적으로는, 상기 축방향 푸싱 운동으로, 초기에 립(21, 22)들이 유지 표면(25b, 26b)에 대해 지탱된다. 그 후에, 도 3에 도시된 것과 같이, 원뿔대 형태의 표면(25c)과 보어(26c)에 의해, 상기 립(21, 22)들은 환형 부분(20)을 향해 변형되거나 또는 반경방향으로 압축된다. 그 뒤, 홀(27)을 관통하여, 탄성에 의해 상기 립(21, 22)들은 초기 형태로 복원된다(recover). 마지막으로, 립(23, 24)들은 리브(25, 26)의 유지 표면(25b, 26b)에 대해 눌러진다. 밀봉부(7)의 상기 장착된 위치에서, 리브(25, 26)들은 립(21, 23 및 22, 24) 사이에서 축방향으로 죄여진다(clamped). 축방향으로 유도된 상기 립들이 상기 리브 방향으로 접촉되어 상기 밀봉부(7)가 링(1, 2)들에 대해 축방향으로 이동되는 것이 방지된다.
대안으로, 밀봉부(7)를 베어링의 링(1, 2) 내에 장착시키기 위해서, 도 4에 도시된 것과 같이, 상기 밀봉부를 상기 링들에 의해 형성된 공간(19) 내에 위치시키기 전에, 립(21, 22)들의 내부를 향해 반경방향으로 변형시키기 위하여 공구(tool)를 사용하는 것도 가능할 수 있다. 롤링 베어링의 외부에, 립(21, 22)들이 환형 부분(20)이 연속적으로 상기 롤링 베어링을 향해 축방향으로 위치될 수 있도록 내부를 향해 굽어진다. 그 뒤, 립(23, 24)들이 리브(25, 26)들의 유지 표면(25b, 26b)에 대해 누를 때까지, 상기 굽어진 립(21, 22)들이 상기 리브들에 의해 형성된 홀(27)을 관통시키기 위하여, 상기 밀봉부(7)는 상기 링(1, 2)들 사이에서 축방향으로 눌러진다. 홀(27)을 관통하고 난 뒤, 립(21, 22)들은 탄성적으로 팽창하고 초기 형태로 복원하여 리브(25, 26)의 유지 표면(25b, 26b)에 대해 눌러진다.
이러한 장착 방법을 사용하면, 밀봉부(7)의 축방향 수치(axial dimension)들을 줄이는 것이 가능해진다. 사실, 립(21, 22)들이 팽창되어 초기 형태로 복원되는 것은 유지 표면(25b, 26b)에 대해 립(23, 24)들이 눌러지기 전에 시작된다. 따라서 환형 부분(20)의 축방향 수치도 줄어들 수 있다. 뿐만 아니라, 이렇게 립(21 및 22)들이 변형되면, 리브(25, 26) 사이에서 변형된 상태에 있는 상기 립들 사이의 반경방향 거리는 닫히며 밀봉부의 반경방향 수치도 줄어들 수 있다. 이 장착 방법으로, 원통 형태를 가진 보어(26c)와 외측 표면(25c)을 가진 리브(25, 26)를 예견하는 것도 가능하다.
내부 립(21 및 22)의 굽힘을 좀 더 용이하게 하기 위하여, 상기 내부 립들 사이에 반경방향으로 위치된 밀봉부(7)의 내측면에 함몰부(depression) 또는 오목부가 제공될 수 있다. 도 4에서, 밀봉부의 외측면에 이러한 함몰부가 제공된다. 함몰부들은 밀봉부(7)의 중심을 관통한 축방향 평면에 위치된다.
밀봉부(7)는 저온과 고온, 마모, 오존, 자외 복사선에 대해 훌륭한 내구성을 제공하는 열가소성 우레탄(thermoplastic urethane; TPU) 라이너로부터 일체로 형성되며, 우수한 항곰팡이제(fungal inhibitor)인 것이 유리하다. 그 외에도, 이러한 재료를 사용하여, 밀봉부(7)는, 원하는 길이로 절단하고, 도 5b에 도시된 것과 같이 자체적으로 감고 나서, 도 5a에 도시된 것과 같이, 압출에 의해 원하는 형태에서 횡단면에서 밴드의 형태로 용이하게 제작될 수 있다. 밀봉부(7)를 얻기 위하여, 밴드의 단부를 단부에서 단부까지 용접하도록 가열시키기 위하여 가열 플레이트(31)가 사용된다(도 5c). 상기와 같이 용접을 사용하여, 밀봉부의 기계적 성질들은 접착제(glue)에 의해 단부에서 단부까지 연결되고 자체적으로 감겨진 밀봉부로 덩어지는 성질보다 훨씬 우수하다(outperform). 뿐만 아니라, 열가소성 우레탄 라이너를 사용하면, 상기 밀봉부(7)는 베어링 내에 쉽게 설치할 수 있게 충분히 가요성을 가질 뿐만 아니라 리브(25, 26) 상에서 축방향으로 유지하기에 충분한 강성(stiffness)을 가진다.
밀봉 재료는 강성과 밀봉 효과 둘 모두를 우수하게 조율하기 위하여 90과 같거나 또는 90보다 큰 쇼어 A 경도(shore A harness)를 가지는 것이 바람직하다.
위에서 언급한 것과 같이, 밀봉부(7)와 일치하고 내부 링과 외부 링(1, 2)의 환형 리브(29, 30)들과 협력하는 밀봉부(8)에 의해, 베어링이 다른 면 위에서 밀봉된다. 상기 리브(29, 30 및 25, 26)들은 롤링 베어링의 중심을 관통하는 방사형의 횡단 평면에 대해 서로 대칭이다.
리브(25, 26)의 방사형의 외측 표면(25b, 26b)과 리브(29, 30)의 방사형의 외측 표면들은 롤링 베어링이 거친 주변환경에서 사용될 때 립 끝단(tip) 또는 단부 하에서 부식을 방지하도록 코팅된다. 사용되는 코팅은 고무, 아연, 비-부식성 스틸(non-corroding steel), 세라믹, 세라믹 입자들을 가진 유기 재료 및 폴리테트라플루오르에틸렌일 수 있다. 예를 들어, 상기 코팅은 열간 스프레이(thermal spray), 아노다이징(anodizing), 물리적 기상 증착법(physical vapor deposition), 냉간 스프레이(cold spray), 용접, 접착 등에 의해 제공될 수 있다.
동일한 부분들이 동일한 도면부호로 표시되어 있는, 도 6에 도시된 구체예에서, 내부 립(21, 22)들은, 외측 슬라이드에서, 외부 립(23, 24)들을 향해 축방향으로 연장되고 반경방향으로 환형 부분(20) 가까이에 위치되는 너클(knuckle) 또는 돌출부(21a, 22a)를 포함한다. 립(21, 22)의 상기 환형 돌출부(21a, 22a)는 반경방향으로 상기 립들의 루트(root) 부분 가까이에 배치된다. 상기 돌출부(21a, 22a)의 축방향 수치는 상기 돌출부의 자유 단부가 롤링 베어링의 내부를 향해 립(21, 22)의 자유 단부에 대해 축방향으로 오프셋배열 되기에 적합하다. 상기 돌출부(21a, 22a)는 환형 부분(20)을 관통하는 축방향의 횡단 평면에 대해 대칭이다.
상기 돌출부들로, 예를 들어 베어링 공장(bearing factory) 내에 윤활유를 제공하는 동안 또는 예를 들어, 풍차(windmill)에서, 사용하는 바로 그 장소에서 윤활유를 다시 제공하는 동안 롤링 베어링 내부의 압력이 증가하는 것으로 보일 때, 내부 립(21, 22)들의 루트 부분들에 대한 응력 집중(stress concentration)이 감소된다. 도시되어 있는 구체예에서, 외부 립(23, 24)들은, 내부면에, 내부 립(21, 22)들을 향해 연장되고 반경방향으로 환형 부분(20) 가까이에 위치된 돌출부(223a, 24a)를 포함한다. 돌출부(23a, 24a 및 21a, 22a)는 밀봉부(7)의 중심을 관통하는 방사형 평면에 대해 대칭이다. 내부 립들과 외부 립(21 내지 24)들에 돌출부가 제공되면, 두 링(1 및 2) 사이에 축방향의 상대 운동의 경우, 상기 링들과 밀봉부(7) 사이의 접촉상태가 유지된다.
이 구체예에서, 환형 부분(20)을 관통하는 축방향 평면에서 내부 립(21, 22)들 사이에서 반경방향으로 위치된 밀봉부(7)의 내부면에 함몰부(28a)가 형성된다. 또한 외부 립(23, 24) 사이에서 밀봉부의 외부면 위에 함몰부(29b)가 제공된다. 상기 함몰부(28a, 28b)는 밀봉부의 중심을 관통하는 방사형의 횡단 평면에 대해 대칭이다.
앞에서의 구체예에서, 밀봉부(7 및 8)는 열가소성 우레탄 라이너 또는 엘라스토머와 같은 탄성 재료로 형성된다. 대안으로, 밀봉부는 예를 들어 스테인리스 스틸과 같은 금속 또는 내부식성 알루미늄 합금과 같은 압출 재료로 제조될 수 있다. 압출 재료의 경우, 밀봉부의 프로파일은 동일한 상태로 유지된다. 스테인리스 스틸의 경우, 상기 밀봉부는 함께 고정된 프로파일된 환형 밴드(profiled annular band)로 구성될 수도 있다.
예를 들어, 동일한 부분들이 동일한 도면부호로 표시되어 있는, 도 7에 도시된 구체예에서, 밀봉부(7)는 연결 부분(34)에 의해 함께 고정된 제 1 및 제 2 환형 부분(30, 32)을 포함한다. 상기 제 1 부분(30)은 환형 부분(36), 내부 립(38) 및 외부 립(40)을 포함하는데, 상기 립(38 및 40)들은 상기 밀봉부의 중심을 관통하는 방사형의 횡단 평면에 대해 대칭이다. 상기 제 2 부분(32)은 상기 연결 부분(34)을 관통하는 축방향의 횡단 평면에 대해서 상기 제 1 부분(30)에 대해 대칭이다. 상기 제 2 부분(32)은 환형 부분(42), 내부 립(44) 및 외부 립(46)을 포함한다. 내부 링과 외부 링(1, 2)에 대한 내부 립(38, 44)과 외부 립(40, 46)의 배치는 앞에서 기술한 립(21, 22 및 23, 24)들의 배치와 똑같다. 상기 연결 부분(34)은 두 부분(30, 32)에 연결시키기 위해 환형 부분(36, 42)들 사이에 반경방향으로 배치된다. 상기 연결 부분(34)은 전자 빔 용접부, 레이저 용접부, 납땜부, 접착부 또는 그 외의 다른 적절한 임의의 수단일 수 있다.
동일한 부분들이 동일한 도면부호로 표시되어 있는, 도 8에 예시된 구체예에서, 밀봉부(7)는 연결 부분(54)에 의해 함께 고정된 제 1 및 제 2 환형 부분(50, 52)을 포함한다. 상기 제 1 부분(50)은 단일 부분으로 제조되고 H자형 밀봉부의 브랜치들 중 하나를 형성하는 내부 립(56, 58)을 포함한다. 또한 제 2 부분(52)도 단일 부분으로 제조되고 상기 H의 다른 브랜치를 형성하는 외부 립(60, 62)을 포함한다. 상기 두 브랜치들은 금속으로 제조될 수 있고 뒤집힌 Z자 형태를 가진 연결 부분(54)에 의해 연결된다. 상기 연결 부분(54)은 예를 들어 전자 빔 용접부, 레이저 용접부, 납땜부, 접착부 또는 그 외의 다른 적절한 임의의 수단과 같은 연결 수단(64, 66)에 의해 밀봉부(7)의 두 브랜치들에 링크결합된다(linked).
마지막 두 구체예에서, 축방향으로 외부를 향해 연장되는 굽어진 끝단들은 상기 립들이 링들과 접촉하는 영역들이 변형하지 않도록 하기 위해 내부 립과 외부 립들의 자유 단부에 제공될 수 있다. 그 외의 경우, 밀봉부(7)와 링(1, 2) 사이에 금속/금속 접촉을 방지하기 위하여 내부 립과 외부 립들의 자유 단부에 코팅에 제공될 수 있다. 밀봉부가 금속으로 제조되면, 상기 립들의 두께는 예를 들어 0.3mm와 동일할 수 있다.
본 명세서에서 도시되고 기술된 내용들은 단순히 비-제한적인 예시예들에 의해 주어지며 본 발명의 범위 내에서 변형예들과 변경예들이 가능하다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명은 4개의 접촉지점을 가진 이중 열(double row)의 볼(ball)들에 적용될 뿐만 아니라 그 외의 다른 타입의 롤링 베어링, 예를 들어, 단일 열의 볼을 가진 베어링, 또는 3개 이상의 열의 볼을 가진 베어링에도 적용된다. 본 발명이 롤러와 같은 그 외의 다른 타입의 롤링 부재들을 가진 베어링에도 사용할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 그 외의 경우, 롤링 베어링의 내부면 및/또는 외부면에 몇몇 밀봉부가 제공될 수 있다.
도시되어 있는 구체예들에서, 리브(25, 29 및 26, 30)들은 내부 링 및 외부 링(1 및 2)과 일체로 구성된다. 대안으로, 상기 리브들은, 예를 들어, 피팅(fitting), 프레싱(pressing), 접착(gluing)과 같은 임의의 적절한 수단으로 상기 림들에 고정된 개별 바디(body)일 수 있다. 이 바디들은, 예를 들어, 비-부식성 스틸, 폴리아미드와 같은 열가소성 물질, 폴리테트라플루오르에틸렌, 고무와 같은 엘라스토머, 또는 열가소성 우레탄 라이너를 사용하여 얻을 수 있다. 본 명세서에 개시되어 있는 롤링 베어링은 빗물과 UV광에 노출되어 있으며 높은 내부 압력을 받고 있는 풍력발전 터빈용 베어링으로서 특히 유용하다.

Claims (18)

  1. 내부 링(1), 외부 링(2), 한 열(row) 이상의 롤링 부재(3) 및 상기 외부 링과 내부 링 사이에 제공된 하나 이상의 밀봉부(7)를 포함하는 롤링 베어링에 있어서,
    상기 밀봉부(7)는 횡단면에서 전체적으로 H자 형태를 가지며 상기 H의 두 개의 평행한 브랜치(branch)를 형성하는 외부 립(23, 24)과 내부 립(21, 22)을 포함하고, 상기 내부 및 외부 링(1, 2)은 상기 밀봉부를 축방향으로 유지(retain)시키기 위해 내부 립과 외부 립(21 내지 24) 사이에 축방향으로 위치된 서로 맞은편에 있는 방사형 리브(25, 26)를 포함하는 롤링 베어링.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀봉부(7)의 내부 립과 외부 립(21 내지 24)들은 축방향으로 상기 방사형 리브(25, 26)들과 탄성 결합되는(resiliently coupled) 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방사형 리브(25, 26)들의 축방향 두께는 탄성에 의해 상기 리브들과 상기 밀봉부(7)를 영구적인 접촉 상태에 유지시키기 위하여 상기 밀봉부의 자유 상태(free state)에서 상기 내부 립(21, 22)과 외부 립(23, 24) 사이의 축방향 틈보다 더 큰 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉부(7)는 상기 내부 링(1) 및/또는 외부 링(2)에 대해 주변 방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내부 립(21, 22)들은 외부를 향해 굽어진 프로파일을 가지며 이에 따라 상기 립들의 오직 자유 단부들만이 상기 리브(25, 26)의 유지 표면(25a, 26a)들에 대해 눌러지는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 리브(25, 26)들의 유지 표면(25a, 26a)은 상기 베어링의 회전축에 대해 수직인 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방사형 리브(25, 26)들은 롤링 부재(3) 방향으로 내부를 향해 좁아지는 환형 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉부(7)는 90 쇼어 A 강도와 동일하거나 또는 이보다 큰 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉부(7)는 열가소성 우레탄 라이너로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉부(7)는 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 상기 각각의 내부 립(21, 22)은 외부면에서 외부 립(23, 24)들을 향해 축방향으로 연장되는 돌출부(21a, 22a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리브(25, 26)들은 내부 링과 외부 링들과 일체로 형성되거나, 또는 개별 바디(body)로 구성되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리브(25, 26)들은 외측 표면에 코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링.
  14. 내부 링, 외부 링, 상기 외부 링과 내부 링 사이에 있는 한 열 이상의 롤링 부재를 포함하는 롤링 베어링용 밀봉부로서, 상기 밀봉부는 상기 내부 링과 외부 링 사이에 배치되는 롤링 베어링용 밀봉부에 있어서,
    상기 밀봉부는 횡단면에서 전체적으로 H자 형태를 가지며 상기 H의 두 개의 브랜치를 형성하는 외부 립(40, 46)과 내부 립(38, 44)을 포함하고, 상기 내부 립과 외부 립은 서로 연결되며, 상기 밀봉부는 금속으로 형성되는 롤링 베어링용 밀봉부.
  15. 내부 링, 외부 링, 상기 외부 링과 내부 링 사이에 있는 한 열 이상의 롤링 부재를 포함하는 롤링 베어링용 밀봉부로서, 상기 밀봉부는 상기 내부 링과 외부 링 사이에 배치되는 롤링 베어링용 밀봉부에 있어서,
    상기 밀봉부는 횡단면에서 전체적으로 H자 형태를 가지며 상기 H의 두 개의 브랜치를 형성하는 외부 립(23, 24)과 내부 립(21, 22)을 포함하고, 적어도 상기 내부 립(21, 22)은 각각, 외부면에서, 상기 외부 립(23, 24)을 향해 축방향으로 연장되는 돌출부(21a, 22a)를 포함하는 롤링 베어링용 밀봉부.
  16. 내부 링, 외부 링, 상기 외부 링과 내부 링 사이에 있는 한 열 이상의 롤링 부재, 및 상기 링들 위에 제공된 서로 맞은편에 있는 방사형 리브들을 포함하는 롤링 베어링 내부에 밀봉부를 설치하는 방법에 있어서,
    횡단면에서 전체적으로 H자 형태를 가진 상기 밀봉부는 상기 내부 링과 외부 링 사이에서 축방향으로 눌러지고, 상기 H의 제 1 브랜치가 상기 리브들에 의해 형성된 환형 통로를 관통하고 내부를 향해 반경방향으로 변형되며, 상기 밀봉부는 상기 밀봉부의 제 2 브랜치가 상기 리브들에 대해 지탱될 때까지 축방향으로 눌러지고, 상기 제 1 브랜치는 탄성에 의해 초기 형태로 복원되는, 롤링 베어링 내부에 밀봉부를 설치하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 밀봉부는 상기 H의 제 1 브랜치가 상기 리브들에 대해 지탱하게 하기 위하여 상기 링들 사이에서 축방향으로 눌러지며, 그 뒤 상기 브랜치는 내부를 향해 반경방향으로 변형되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 내부에 밀봉부를 설치하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 H의 제 1 브랜치는 상기 밀봉부가 상기 링들 사이에서 축방향으로 눌러지기 전에 공구에 의하여 내부를 향해 반경방향으로 변형되는 것을 특징으로 하는 롤링 베어링 내부에 밀봉부를 설치하는 방법.
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