KR20130031368A - 중공 기어 링 및 중공 기어 링 제작 방법 - Google Patents

중공 기어 링 및 중공 기어 링 제작 방법 Download PDF

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KR20130031368A
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패트릭 달만
바오츄 리앙
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아크티에볼라게트 에스케이에프
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Abstract

본 발명에 따르면, 외측 주변(140, 240, 340)과 내측 주변(155, 255, 355)을 가진 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460, 560)이 제공되며, 상기 용접식 중공 기어 링은 상기 외측 주변과 내측 주변들 하나 이상의 주변 위에 기어 구조(131-138, 231-238, 331-338, 331'-338')를 포함하고 하나 이상의 용접 이음부(151, 251, 351, 451, 551)를 포함한다. 상기 기어 구조는 롤링가공, 기계가공, 또는 롤링가공과 기계가공의 조합에 의해 형성된다. 기어 구조는 톱니 또는 나선형 기어들을 포함할 수 있다.

Description

중공 기어 링 및 중공 기어 링 제작 방법{A HOLLOW GEAR RING AND METHOD FOR ITS MANUFACTURING}
본 발명은 개선된 중공 기어 링 및 이러한 개선된 중공 기어 링을 제작하기 위한 방법에 관한 것이다.
중공 기어 링(hollow gear ring)은 다양한 기계기술 분야에서 공통적인 구성요소이다. 중공 기어 링은, 명칭에서 알 수 있듯이, 내측 주변(inner periphery)과 외측 주변(outer periphery)을 가진 링(ring) 형태의 몸체(body) 뿐 아니라 상기 내측 주변와 외측 주변 중 하나 또는 둘 모두 위에서 기어 구조(gear structure)를 포함한다. 상기 기어 구조는 돌출부, 가령, 예를 들어, "치형(teeth)" 형태의 톱니(cog), 또는 그 외의 다른 구조, 가령, 예를 들어, 나선형 기어(helical gear)를 포함할 수 있다.
중공 기어 링을 형성하는 통상적인 방법의 예들은 매끄러운(smooth) 중공 링의 외측 주변 또는 내측 주변에 기어 구조를 결부시키는 단계, 또는 기계가공(machining)에 의해 중공 링의 내측 주변 또는 외측 주변 위에서 기어 구조를 형성하는 단계를 포함한다.
첫 번째 방법 즉 기어 구조를 중공 링에 결부시키는 방법의 단점은, 기어 구조와 기어 구조가 결부되는 중공 링 사이의 이음부(joint)가 시간이 흐름에 따라 가령, 응력(stress), 마모, 크리핑변형(creeping) 및 찰과 부식(fretting corrosion)과 같은 요인들에 의해 약화될 것이며, 이에 따라 결국에는 이음부가 떼어질 수 있다는 점이다.
두 번째 방법 즉 기어 구조를 중공 링의 내측 주변 또는 외측 주변에 기계가공하는 방법의 단점은, 기어 구조를 기계가공하면 기어 구조가 본질적으로 약화된다는 점이다.
통상적인 중공 기어 링 제작 방법의 일반적인 단점은, 예를 들어, 썬 기어(sun gear)와 유성 기어(planetary gear)와 같은 기어 설계에 비해, 기어 및 전체 기어가 우수한 정밀성과 품질을 가지게끔 제작하는데 어려움이 있다는 점이다.
본 발명의 목적은 위에서 언급한 것과 같이 공지의 기어 링들이 가지는 단점들을 갖지 않는 중공 기어 링(hollow gear ring)을 제공하고 이러한 중공 기어 링을 제작하기 위해 하나 이상의 방법을 제공하는 데 있다.
이 목적은 외측 주변(outer periphery)과 내측 주변(inner periphery)을 가진 용접식 중공 기어 링(welded hollow gear ring)에 대해 기술하고 있는 본 발명에 의해서 구현된다. 용접식 중공 기어 링은 상기 외측 주변과 내측 주변 중 하나 이상의 주변 위에 기어 구조(gear structure)를 포함하며 하나 이상의 용접 이음부(welding joint)를 포함한다. 본 발명에 따르면, 용접 이음부는 플래시 맞대기 용접(flash butt welding)에 의해 형성된다.
이는 플래시 맞대기 용접이 상당히 견고한 용접 이음부를 제공한다는 사실 때문에 바람직하다. 뿐만 아니라, 본 발명의 중공 기어 링이 플래시 맞대기용접에 의해 형성된 하나 이상의 용접 이음부를 포함한다는 사실 때문에, 기어 구조는 일직선 강철 바(steel bar) 위에 형성될 수 있으며 그 뒤 구부려져서 링(ring) 형태를 형성하고 서로 플래시 맞대기 용접된다. 이것은 기어 구조가 강철 바 위에 형성되거나 또는 강철 바 내에 형성될 수 있어서 표준형의 기어 제작 공법, 가령, 예를 들어, 선형 트랜스미션(linear transmission) 제작 방법이 사용될 수 있다는 사실을 의미하며, 이에 따라 종래의 중공 기어 링 제작 방법들에 비해 비용은 저렴해지고 품질은 더 좋아질 것이다.
또한, 플래시 맞대기 용접을 사용하면, 종래의 기어 구조를 가진 기어 링 제작 방법들에서 사용되는 강철보다 더 많은 탄소 함유량을 가진 강철을 사용할 수 있게 된다. 플래시 맞대기 용접이 사용된다는 사실로 인해, 본 발명에 따른 기어 링을 제작하기 위하여, 높은 탄소 함유량, 가령, 예컨대, 0.67% 이상의 탄소 함유량을 가진 강철이 사용될 수 있으며, 이것은 본 발명에 따른 기어 링이 종래의 기어 링들보다 더 견고할 수 있거나, 혹은 본 발명에 따른 기어 링이 품질과 성능에 있어서는 종래의 기어 링에 필적하지만 비용은 훨씬 저렴할 수 있다는 것을 의미한다.
한 구체예에서, 기어 구조는 롤링가공(rolling)에 의해 형성되지만, 또 다른 구체예에서 기계가공(machining)에 의해 형성된다. 추가적인 구체예에서, 기어 구조는 롤링가공과 기계가공의 조합에 의해 형성된다.
본 발명의 한 구체예에서, 용접식 중공 기어 링은 두 주변 위에서 기어 구조를 포함하는데, 즉 한 기어 구조는 외측 주변으로부터 외부를 향하며 다른 기어 구조는 중공 링의 내측 주변으로부터 내부를 향한다.
본 발명의 한 구체예에서, 용접식 중공 기어 링의 기어 구조는 톱니(cog)를 포함하며, 또 다른 구체예에서는 나선형 기어(helical gear)를 포함한다. 용접식 중공 기어 링의 상기 구체예에서, 하나 이상의 용접 이음부는 두 톱니 사이에 위치되거나 또는 두 나선형 기어 사이에 위치된다.
또한, 본 발명은 용접식 중공 기어 링을 제작하기 위한 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은:
- 기다란(elongated) 강철 바의 제 1 주 표면(first main surface) 위에 제 1 기어 구조를 형성하는 단계;
- 상기 강철 바를 구부려서 상기 강철 바의 맞은편에 있는 두 원위단부(distal end)가 만나도록 링(ring)을 형성하는 단계;
- 플래시 맞대기 용접에 의해 강철 바의 맞은편에 있는 두 원위단부를 서로 결합시키는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 용접식 중공 기어 링을 제작하기 위한 방법을 기술하고 있는데, 상기 방법은:
- 2개 또는 그 이상의 기다란 강철 바 중 각각의 강철 바의 제 1 주 표면 위에 제 1 기어 구조를 형성하는 단계;
- 2개 또는 그 이상의 강철 바를 구부려서 상기 강철 바들이 제 1 반경(first radius)을 가진 링의 링 세그먼트(ring segment)를 형성하는 단계;
- 상기 제 1 반경을 가진 용접식 중공 기어 링을 형성하기 위하여, 플래시 맞대기 용접에 의해 2개 또는 그 이상의 강철 바의 단부들을 서로 결합시키는 단계를 포함한다.
상기 제작 방법의 한 구체예에서, 강철 바는 기어 구조가 링 또는 링 세그먼트의 내측 주변으로부터 내부를 향하도록 구부려져서 링을 형성한다.
상기 제작 방법의 한 구체예에서, 강철 바는 기어 구조가 링 또는 링 세그먼트의 외측 주변으로부터 외부를 향하도록 구부려져서 링을 형성한다.
한 구체예에서, 상기 방법은 강철 바 또는 강철 바들의 제 2 주 표면(second main surface) 위에 제 2 기어 구조를 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제 2 주 표면은 강철 바 또는 강철 바들의 제 1 주 표면에 대해 맞은편에 위치된다.
한 구체예에서, 기어 구조 또는 기어 구조들은 롤링가공에 의해 형성된다.
한 구체예에서, 기어 구조 또는 기어 구조들은 기계가공에 의해 형성된다.
한 구체예에서, 기어 구조 또는 기어 구조들은 롤링가공과 기계가공의 조합에 의해 형성된다.
한 구체예에서, 기어 구조는 톱니들을 포함하도록 형성되고, 다른 한 구체예에서는 기어 구조는 나선형 기어를 포함하도록 형성된다. 상기 제작 방법의 한 구체예에서, 기어 구조는 강철 바 또는 강철 바들의 각각의 단부에 인접한 전체 톱니 또는 나선형 기어를 포함하도록 형성되며 따라서 두 톱니 또는 나선형 기어들 사이에 플래시 맞대기 용접이 수행될 수 있도록 형성된다.
본 발명의 상기 구체예들과 그 외의 다른 구체예들 뿐만 아니라 본 발명에 의해 수득된 이점들은 하기의 상세한 설명에서 기술될 것이다.
본 발명은 이제 첨부된 도면들을 참조하여 밑에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 1a-1d는 본 발명의 제 1 구체예를 도시하고,
도 2a-2d는 본 발명의 제 2 구체예를 도시하며,
도 3a-3d는 본 발명의 제 3 구체예를 도시하고,
도 4는 본 발명의 제 4 구체예를 도시하며,
도 5는 본 발명의 제 5 구체예를 도시하고,
도 6 및 7은 본 발명의 추가적인 구체예를 도시한다.
도 1a-1d는 본 발명의 제 1 구체예의 용접식 중공 기어 링을 수득하기 위한 방법을 도시한다. 도 1a는 서로 맞은편에 있는 제 1 주 표면(110)과 제 2 주 표면(120)을 가지며 맞은편에 있는 두 원위단부(115, 125)를 가진 기다란 강철 바(100)를 보여준다. 도 1a에서의 점선은 강철 바(100)의 제 1 주 표면(110) 위에 형성되는 제 1 기어 구조를 개략적으로 도시한다.
한 구체예에서, 제 1 기어 구조는 롤링가공(rolling)에 의해 강철 바(100)의 제 1 주 표면(110) 위에 형성된다.
또 다른 구체예에서, 제 1 기어 구조는 기계가공(machining)에 의해 강철 바(100)의 제 1 주 표면(110) 위에 형성된다.
또 다른 구체예에서, 제 1 기어 구조는 롤링가공과 기계가공의 조합에 의해 강철 바(100)의 제 1 주 표면(110) 위에 형성된다.
이렇게 기어 구조를 형성하는 상이한 방법들로 인해 상이한 이점들을 제공하는데: 기어 구조를 형성하기 위해 롤링가공을 사용하면 롤링가공에 의해 부드럽고 연속적인 재료 흐름이 발생되기 때문에 상당히 견고한 기어 구조가 제공된다. 본 발명에 따라 기어 구조를 형성하기 위해 기계가공을 사용하는 것은 기계가공이 강철 바 위에서 즉 일직선 구조 위에서 수행되기 때문에 곡선 주변(curved periphery)을 가진 링 위에서 기계가공하는 것에 비해 기계가공이 보다 용이하게 수행되고 이에 따라 비용이 적게 드는 이점이 있다.
롤링가공에 의해 형성된 기어 구조는 상이한 형태와 형상을 가지는데, 밑에서 상세히 설명하는 것과 같이, 도 1a-1c에 도시된 구체예에서는, 상기 기어 구조는 "치형(teeth)" 형태로 형성된 톱니(cog) 즉 날카로운 삼각형 구조를 가진 돌출부들을 포함하도록 형성되며, 여기서 꼭지점(point)은 기어 구조가 형성되는 강철 바의 제 1 주 표면(110)으로부터 멀어지는 방향을 향한다. 바람직하게, 톱니들은 강철 바의 주 표면 위에서 일정하게 거리가 떨어져 있으며 중간 공간(intermediate space)들에 의해 분리되어 있다.
본 발명에 의해 제공된 또 다른 이점으로는, 도 1a 및 1b에 도시된 것과 같이, 기어 구조는 일직선 강철 바의 평면 표면 위에 형성되어 링 형태의 표면 위에서 기어 구조를 형성하는 것보다 용이하다는 점이다.
도 1b는 완전한 기어 구조(complete gear structure) 보여주고 있는데, 즉 톱니(131-138)들은 강철 바(100)의 제 1 주 표면(110) 위에 형성된 공간들로 떨어져 있다(interleaved). 도 1b에서 2개의 화살표로 표시된 것과 같이, 이제, 강철 바(100)가 굽어져서 링을 형성하며, 이에 따라 강철 바(100)의 맞은편에 있는 두 원위단부(115, 125)가 서로 만나게 된다. 도 1b의 화살표들은 기어 구조가 상기 형성되는 링의 외측 주변으로부터 외부를 향하게 하는 방향으로 강철 바(100)가 굽어지는 것을 표시해 준다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 강철 바는 다른 방향으로 굽어져서 기어 구조는 상기 형성되는 링의 내측 주변으로부터 내부를 향한다.
강철 바가 링 형태로 굽어지고 나면, 맞은편에 있는 강철 바(100)의 두 원위단부(115, 125)는 플래시 맞대기 용접(flash butt welding)에 의해 서로 결합되며 용접 이음부(welding joint)가 링에 형성된다. (완전하게 설명하기 위해 플래시 맞대기 용접이 어떤 방식으로 수행되는지에 대한 한 예가 본 명세서의 끝부분에 제공될 것이다). 바람직하게, 기어 구조가 톱니들을 포함하는 경우에, 용접 이음부는 두 톱니 사이에 위치되며, 이는 다음의 방식으로 구현되는데: 기어 구조는 강철 바 또는 강철 바들의 각각의 원위단부(115, 125)에 인접한 전체 톱니(131, 138)를 포함하여 따라서 플래시 맞대기 용접이 두 톱니 사이에서 수행될 수 있도록 형성된다.
또한, 본 발명은 플래시 맞대기 용접이 한 톱니 또는 나선형 기어에서 수행되는 구체예들을 포함하는데, 이 경우 한 톱니 또는 나선형 기어의 한 부분은 강철 바의 각각의 단부 위에 형성되며 강철 바의 단부들은 플래시 맞대기 용접에 의해 함께 결합되고, 이에 따라 플래시 맞대기 용접에 의해 두 단부가 서로 결합하고 난 뒤 완전한 톱니 또는 나선형 기어가 형성된다.
도 1c는 본 발명의 상기 구체예에 의해 수득된 용접식 중공 기어 링(160)을 도시한다. 도 1c에서 볼 수 있듯이, 용접식 중공 기어 링(160)은 외측 주변(140)과 내측 주변(155)을 포함하고 상기 외측 주변과 내측 주변 중 하나 이상의 주변 위에서 기어 구조를 포함하는데, 도 1c에 도시된 예에서는 외측 주변(140) 위에 기어 구조를 가진다. 상기 예에서, 기어 구조는 중간에 공간들이 있는 치형 톱니(131-138)들을 포함한다.
도 1c에서 볼 수 있듯이, 플래시 맞대기 용접에 의해 결합된 중공 기어 링(160) 내에 용접 이음부(151)가 형성되며 상기 용접 이음부(151)는 두 톱니(131, 138) 사이에 적절하게 위치된다.
도 1d는 도 1c의 용접식 중공 기어 링(160)을 도시하는데, 이 도면에서는, 플래시 맞대기 용접 이음부가 매끄럽게 되었으며(smoothened) 상기 공정은 가령 예를 들어 기계가공에 의해 수행될 수 있다.
도 2a-2d는 본 발명의 방법 및 상기 구체예에 의해 수득된 용접식 중공 기어 링의 또 다른 구체예를 도시하는데(도 2c에서는 도면부호(260)로 표시됨): 도 2a 및 2b에 도시된 방법 뿐만 아니라 도 2c에 도시된 완제품(260)은 도 1a-1c에 도시된 구체예의 경우와 대부분 비슷하기 때문에 여기서 상세하게는 기술되지 않을 것이지만, 도시되어 있는 것과 같이, 바람직하게는, 롤링가공, 기계가공 또는 이들의 조합에 의해 강철 바(200)의 제 2 주 표면(220) 위에 기어 구조(도 2a에서 점선으로 표시된)가 형성되는데, 도 2b에서, 강철 바(200)는 링 형태로 굽어지고 강철 바(200)의 서로 맞은편에 있는 두 원위단부(215, 225)가 도 1a-1c에 기술했던 것과 같은 방법으로, 플래시 맞대기 용접에 의해 서로 결합된다. 따라서, 이런 방식으로 수득된 용접식 중공 기어 링(260)은 도 1c의 용접식 중공 기어 링(160)과 비슷하지만, 기어 구조가 상기 용접식 중공 기어 링(260)의 내측 주변(255)으로부터 내부를 향한다는 차이가 있다.
도 2d는 도 2c의 용접식 중공 기어 링(260)을 도시하는데, 이 도면에서는, 플래시 맞대기 용접 이음부가 매끄럽게 되었으며 상기 공정은 가령 예를 들어 기계가공에 의해 수행될 수 있다.
또한, 도 2c 및 2d의 구체예(260)도, 도 1a에 도시된 것과 같이 강철 바(100)의 제 1 주 표면(110) 위에 기어 구조를 형성하고, 그 뒤, 도 2b에 있는 화살표로 표시된 방향과 반대 방향으로 강철 바를 굽힘으로써, 수득될 수 있다.
도 3a-3d는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 구체예와 용접식 중공 기어 링(360)의 또 다른 구체예가 어떤 방식으로 수득되는 지를 도시하는데: 이 구체예에서, 도 3a 및 3b에 도시된 것과 같이, 강철 바(300)의 제 1 주 표면(310) 위에서 롤링가공, 기계가공, 또는 이들의 조합에 의해 제 1 기어 구조가 형성되며, 강철 바(300)의 제 2 주 표면(320) 위에서 롤링가공에 의해 제 2 기어 구조가 형성되는데, 여기서 제 1 및 제 2 주 표면(310, 320)은 강철 바(300)의 서로 맞은편에 있는 주 표면들이다. 따라서, 상기 기어 구조들은 둘 다 롤링가공에 의해 형성된다. 상기 제 1 및 제 2 기어 구조는 도시된 것과 같이 "치형(teeth)" 형태로 형성된 톱니(cog)를 포함하도록 형성되는데, 제 1 기어 구조의 톱니들은 도면부호(331'-338')로 표시되고 제 2 기어 구조의 톱니들은 도면부호(331-338)로 표시된다.
이 구체예에서도, 강철 바(300)는 굽어져서 링 형태를 형성하며, 강철 바(300)의 서로 맞은편에 있는 두 원위단부(315, 325)는 도 1a-1c와 도 2a-2c에 기술했던 것과 같은 방법으로 플래시 맞대기 용접에 의해 서로 결합된다. 따라서, 이런 방식으로 수득된 용접식 중공 기어 링(360)은 도 1c와 도 2c의 용접식 중공 기어 링들과 비슷하지만, 두 기어 구조들 중 한 기어 구조는 상기 용접식 중공 기어 링(360)의 내측 주변(355)으로부터 내부를 향하고 다른 기어 구조는 상기 용접식 중공 기어 링(360)의 외측 주변(340)으로부터 외부를 향한다는 차이가 있다.
도 3d는 도 3c의 용접식 중공 기어 링(360)을 도시하는데, 이 도면에서는, 플래시 맞대기 용접 이음부가 매끄럽게 되었으며 상기 공정은 가령 예를 들어 기계가공에 의해 수행될 수 있다.
지금까지 기술된 구체예들에서, 기어 구조는 내부를 향하거나 및/또는 외부를 향하는 "치형" 형태의 톱니들을 포함하는 것으로 기술되었다. 도 4에 도시된 또 다른 구체예(460)에서, 기어 구조는 상기 기어 구조가 위치된 용접식 링의 주변으로부터 멀어지는 방향을 향하는 돌출부를 가진 매끄러운 구조를 가진 톱니들을 포함한다. 이러한 톱니들은 용접식 중공 기어 링의 한 주변 위에, 또는 용접식 중공 기어 링의 양 주변 위에 형성될 수 있다. 플래시 맞대기 용접에 의해 생성된 용접 이음부(451)는 도 4에 도시된다.
도 5에 도시된 또 다른 구체예(560)에서, 기어 구조는 나선형 기어들을 포함한다. 이 구체예에서, 하나 이상의 용접 이음부가 두 나선형 기어들 사이에 위치되는데, 이 나선형 기어들은 "톱니 구체예"와 똑같은 방식으로 수행되며: 기어 구조 또는 기어 구조들은 강철 바 또는 강철 바들의 각각의 단부에 근접하게 위치된 나선형 기어를 포함하도록 형성되고 따라서 플래시 맞대기 용접이 두 나선형 기어들 사이에서 수행될 수 있게 한다. 이 경우는 도 4에 도시된 "매끄러운 톱니 구체예"와 도 3a-3d에 도시된 "2중 톱니 구체예"에 대해서 똑같다. 플래시 맞대기 용접에 의해 생성된 용접 이음부(551)가 도 5에 도시된다.
도 6은 도 1-5의 구체예들과 같은 방식으로 수득된, 본 발명에 따른 중공 기어 링의 추가적인 구체예(600)를 도시하고 있는데, 이 구체예에서, 기어 구조는 서로에 대해 바로 인접하게 위치된 톱니(630-650)들을 포함한다. 플래시 맞대기 용접에 의해 생성된 용접 이음부(651)가 도 6에 도시된다.
도 7은 도 1-6의 구체예들과 같은 방식으로 수득된, 본 발명에 따른 중공 기어 링의 또 다른 추가적인 구체예(700)를 도시하고 있는데, 이 구체예에서, 기어 구조는 톱니(731-738)들이 기어 구조 꼭지점에서 외측 주변(140)으로부터 90°각도에 포함되도록 형성된다. 이 구체예에서, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 그 외의 다른 각도 뿐만 아니라 다른 형태의 기어 구조도 고려될 수 있다. 플래시 맞대기 용접에 의해 생성된 용접 이음부(751)가 도 7에 도시된다.
도 1-3은 하나의 인접한(contiguous) 강철 바를 사용함으로써 중공 기어 링을 수득하기 위한 방법을 도시한다. 하지만, 본 발명은 다음과 같이 2개 또는 그 이상의 강철 바를 사용함으로써 중공 기어 링을 수득하기 위한 방법도 기술하고 있는데:
- 제 1 기어 구조가 2개 또는 그 이상의 기다란 강철 바들 중 각각의 강철 바의 제 1 주 표면 위에 형성되며,
- 2개 또는 그 이상의 강철 바는 굽어져서 각각의 강철 바가 제 1 반경을 가진 링의 링 세그먼트(ring segment)를 형성하고,
- 2개 또는 그 이상의 강철 바들 중 각각의 강철 바는 제 1 반경을 가진 용접식 중공 기어 링을 형성하기 위해 플래시 맞대기 용접에 의해 서로 결합된다.
따라서, 본 발명의 상기 구체예는 2개 이상의 강철 바를 사용하는 단계를 포함하며, 이 2개 이상의 강철 바는 굽어져서 함께 결합하여 중공 기어 링을 형성하며, 상기 결합 단계는 플래시 맞대기 용접에 의해 수행된다. 사용되는 2개(또는 그 이상의) 강철 바는 똑같은 길이로 구성될 수 있는데, 이는 강철 바들이 중공 기어 링의 똑같은 부분들을 형성하는 것을 의미하고, 또는 강철 바들이 같은 반경으로 굽어지는한 상기 강철 바들은 상이한 길이로 구성될 수도 있으며, 설령 강철 바들이 서로 다른 각길이(angular length)로 구성된다 할지라도, 강철 바들이 함께 끼워지도록 "원 세그먼트(circle segment)"를 형성한다.
이 구체예에서 다수의 강철 바들이 사용되어 더 많은 플래시 맞대기 용접 이음부들이 형성될 것이라는 사실을 제외하고도, 중공 기어 링을 형성하도록 하나의 강철 바가 사용되는 구체예에 대해서 위에서 언급된 특징들, 가령, 예를 들어, 기어 구조의 형태 및 형상과 기어 구조가 어떤 방식으로 형성되며 이 기어 구조가 중공 기어 링 위의 어느 위치에 배열되어야 하는 지가 상기 구체예에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 중공 기어 링을 형성하기 위해 하나 또는 그 이상의 원 세그먼트의 용도는 다음과 같은 방식으로 설명될 수 있는데:
- 제 1 기어 구조가 하나 이상의 기다란 강철 바의 제 1 주 표면 위에 형성되며,
- 하나 이상의 강철 바는 굽어져서 상기 강철 바가 제 1 반경을 가진 원의 원 세그먼트를 형성하고,
- 하나 이상의 강철 바의 단부들은 제 1 반경을 가진 베어링 링(bearing ring)을 형성하기 위해 플래시 맞대기 용접에 의해 서로 결합된다.
따라서, 여기서 언급된 원 세그먼트들은 완전한(360°) 원의 하나의 원 세그먼트, 또는 원의 일부분들로서, 용접 시에 완전한 원을 형성하기 위해 함께 끼워진다. 하나보다 많은 원 세그먼트가 사용되면(즉 각각의 원 세그먼트가 360°보다 작으면) 상부에 기어 구조들이 형성되는 표면들은 같은 방향을 향한다.
위에서 기술된 내용에서는 플래시 맞대기 용접이 언급되었는데, 하기에서는 간략한 플래시 맞대기 용접의 설명이 제공될 것이다:
강철 바의 단부들이 서로 만나게 되어 강철 바가 링으로서 형성되는 강철 바의 단부들은 두 다이(die) 즉 상부 다이와 하부 다이 사이에서 클램프고정되는데(clamped), 여기서 상부 다이는 강철 내에 있고 하부 다이는 구리 내에 있다. 강철 바의 단부들이 함께 만나며 전류(current)가 가해진다. 이에 따라, 두 짝 표면(mating surface) 즉 강철 바의 두 단부들의 표면들 사이에는 아크(arc)가 생성된다. 플래시 맞대기 용접 공정의 시작 부분에서, 아크 간격(arc gap)은 안정화되고(even out) 두 면들을 깨끗하게 하기에(clean) 충분히 크다. 간격을 줄여서(reducing) 간격을 개폐하면, 두 단부에서 열이 발생한다. 열의 온도가 "단조(forging)" 온도에 도달할 때, 압력이 가해진다. 짝 표면들 사이에서 플래시(flash)가 생성되며, 이 플래시는 용접 영역으로부터 잠재적인 결함부(defect)와 불순물(impurity)을 제거한다(take out).
본 발명은 위에서 기술되고 도면들에 도시된 구체예들에만 제한되는 것이 아니라 하기 청구범위 내에서 자유롭게 변형될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 용접식 중공 기어 링은 하나의 주변 위에 한 종류의 기어 구조를 가지고 다른 주변 위에서 다른 종류의 기어 구조를 가질 수 있는데 이에 따라 예를 들어 외측 주변 위에서는 나선형 기어들을 가진 기어 구조를 가지고 내측 주변 위에서 "치형"을 가진 기어 구조를 가질 수 있다. 그 외에도, 롤링가공에 의해 형성되는 특정 종류의 기어 구조들이 기계가공에 의해서 강화될 수(enhanced) 즉 "마감질(finalized)"될 수 있다는 사실을 유의해야 한다. 하지만, 상기 임의의 기계가공도 본질적으로는 부수적인 문제일 것이며 따라서 기계가공에 의해 재료에 끼치는 어떠한 불이익도 부수적이거나 또는 무시할 정도로 작을 것이다.
또한, 본 발명이 다수의 방법 구체예들에 의해 기술되었지만, 본 발명은 제품(products) 즉 하기 청구범위에 기술된 것과 같이 상기 방법들에 의해 수득된 용접식 중공 기어 링들도 포함한다는 사실은 자명해 질 것이다.

Claims (19)

  1. 외측 주변(140, 240, 340)과 내측 주변(155, 255, 355)을 가진 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460, 560)으로서, 상기 용접식 중공 기어 링은 상기 외측 주변과 내측 주변들 하나 이상의 주변 위에 기어 구조(131-138, 231-238, 331-338, 331'-338')를 포함하고 하나 이상의 용접 이음부(151, 251, 351, 451, 551)를 포함하는 용접식 중공 기어 링에 있어서,
    상기 하나 이상의 용접 이음부는 플래시 맞대기 용접(flash bett welding)에 의해 형성되는 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460, 560).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기어 구조는 롤링가공(rolling)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460, 560).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기어 구조는 기계가공(machining)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460, 560).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기어 구조는 롤링가공과 기계가공의 조합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460, 560).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용접식 중공 기어 링은 두 주변(340, 355) 위에서 기어 구조를 포함하는데, 한 기어 구조(331'-338')는 외측 주변(340)으로부터 외부를 향하며 다른 기어 구조(331-338)는 상기 중공 링의 내측 주변(355)으로부터 내부를 향하는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링(360).
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    기어 구조는 톱니(131-138, 231-238, 331-338, 331'-338')를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460).
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    기어 구조는 나선형 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링(560).
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    하나 이상의 용접 이음부(151, 251, 351, 451, 551)는 두 톱니 사이에 위치되거나 또는 두 나선형 기어 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460, 560).
  9. 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460, 560)을 제작하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    - 기다란 강철 바(100, 200, 300)의 제 1 주 표면(110, 210, 310) 위에 제 1 기어 구조(131-138, 231-238, 331'-338')를 형성하는 단계;
    - 상기 강철 바를 구부려서 상기 강철 바의 맞은편에 있는 두 원위단부(115, 125; 215, 225; 315, 325)가 만나도록 링(ring)을 형성하는 단계;
    - 플래시 맞대기 용접에 의해 강철 바의 맞은편에 있는 두 원위단부를 서로 결합시키는 단계를 포함하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  10. 용접식 중공 기어 링(160, 260, 360, 460, 560)을 제작하기 위한 방법에 있어서,
    상기 방법은:
    - 2개 또는 그 이상의 기다란 강철 바 중 각각의 강철 바의 제 1 주 표면 위에 제 1 기어 구조를 형성하는 단계;
    - 2개 또는 그 이상의 강철 바를 구부려서 상기 강철 바들이 제 1 반경을 가진 링의 링 세그먼트(ring segment)를 형성하는 단계;
    - 상기 제 1 반경을 가진 용접식 중공 기어 링을 형성하기 위하여, 플래시 맞대기 용접에 의해 2개 또는 그 이상의 강철 바의 단부들을 서로 결합시키는 단계를 포함하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    강철 바 또는 강철 바들은 상기 기어 구조가 링 또는 링 세그먼트의 외측 주변(140, 240, 340)으로부터 외부를 향하도록 구부려지는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    강철 바 또는 강철 바들은 상기 기어 구조가 링 또는 링 세그먼트의 내측 주변(155, 255, 355)으로부터 내부를 향하도록 구부려지는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  13. 제9항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 강철 바 또는 강철 바들의 제 2 주 표면(320) 위에 제 2 기어 구조(331-338)를 형성하는 단계를 추가로 포함하며, 상기 제 2 주 표면은 강철 바 또는 강철 바들의 제 1 주 표면에 대해 맞은편에 위치되고, 상기 제 2 주 표면에 의해 용접식 중공 기어 링 또는 링 세그먼트에는 링의 내측 주변(355)으로부터 내부를 향하는 하나의 기어 구조(331-338)와 링의 외측 주변(340)으로부터 외부를 향하는 기어 구조(331'-338')가 수득되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  14. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    기어 구조 또는 기어 구조들은 롤링가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  15. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    기어 구조 또는 기어 구조들은 기계가공에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  16. 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    기어 구조 또는 기어 구조들은 롤링가공과 기계가공의 조합에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  17. 제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    기어 구조는 톱니들을 포함하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  18. 제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 기어 구조 또는 기어 구조들이 나선형 기어를 포함하도록 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서,
    기어 구조 또는 기어 구조들은 강철 바 또는 강철 바들의 각각의 단부에 인접한 전체 톱니 또는 나선형 기어를 포함하여 따라서 두 톱니 또는 나선형 기어들 사이에 플래시 맞대기 용접이 수행될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는 용접식 중공 기어 링 제작 방법.
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