KR20140005140A - 슬라이딩 베어링 내의 오물 보관소 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 보관소(repository: 2)를 가지고 있는 보관면(repository surface)을 포함하고 있는 슬라이딩 베어링(sliding bearing)으로서, 상기 보관면은 슬라이딩 면(sliding surface: 1’) 및/또는 오일 공급 그루브 면(surface of an oil supply groove)이고, 상기 보관소(2)는 보관면 쪽으로 개방된 만입부(cutout)이며, 보관벽(repository wall: 2’)을 포함하고 있고 보관면으로부터 베어링 내로 연장되어 있으며,
상기 보관벽(2’)은 기준 방향(reference direction)에 대해 연장된 방향에서 예각(acute angle)을 형성하고, 상기 기준 방향은 보관소로부터의 이격 방향으로 보관벽이 보관면과 교차(intersect)하는 곳에서 보관면에 대한 접선(tangent)인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링을 제공한다.

Description

슬라이딩 베어링 내의 오물 보관소 {Dirt Repository in Plain Bearings}

본 발명은 적어도 하나의 보관소(depository)를 가지고 있는 보관면(depository surface)을 포함하는 슬라이딩 베어링(sliding bearings)에 관한 것으로서, 상기 보관면은 슬라이딩 면(sliding surface) 및/또는 오일 공급 그루브 면(surface of an oil supply groove)이고, 상기 보관소는 보관면 쪽으로 개방된 만입부(recess)이며, 보관면으로부터 베어링 후방으로 연장되어 있는 보관벽(depository wall)을 포함하고 있는 슬라이딩 베어링에 관한 것이다.

슬라이딩 베어링의 슬라이딩 면은 다양한 이유들로 프로파일 되어 있다. 예를 들어, DE 39 05 450 C2에서는 보다 나은 마모 저항(wear resistance) 및 피로 강도(fatigue strength)를 달성하기 위해 슬라이딩 면에서 경질의 소재가 연질의 소재로 대체되도록 슬라이딩 면에 연질의 소재로 채워진 그루브가 형성되어 있는 슬라이딩 베어링이 제안되었다.

GB 1,128,370 A는 오물 입자들을 베어링의 외부로 이송하기 위한 그루브 또는 포켓 형태로 슬라이딩 표면에 만입부들이 형성된 무 윤활제 베어링(lubricant-free bearing)을 기재하고 있다. 베어링 내부로 침투하는 외래 물체들(foreign bodies)은 만입부들 내에 수집되고, 상기 만입부들의 측면을 따라 샤프트(shaft)의 회전방향으로 이송되며, 베어링의 말단에서 베어링 외부로 이송된다.

내연기관(internal combustion engines) 내의 슬라이딩 베어링들은 지속적인 발전의 대상이다. 계속적으로 더욱 커지는 압력이 내연기관 내에서 발생하고 있으며, 그에 따라, 슬라이딩 베어링에서도 마찬가지이다. 그와 동시에, 엔진의 크기는 작아지고 있다. 더욱이, 한층 묽은 오일(thinner oils)이 마찰을 줄인데 사용되고 있다. 이는 베어링과 샤프트의 접촉을 방지하는 윤활 막들(lubricating films)의 두께가 지속적으로 얇아지는 결과를 초래한다.

결과적으로, 상기 시스템은 상기 요소들의 제조 중, 예를 들어, 커다란 오물 입자들 및 조각들의 침입과 같은, 결코 완벽하게 피할 수 없는, 원치 않는 외부 영향들에 점점 더 민감해지기 쉬워진다.

더욱이, 베어링 쉘(bearing shell)의 구조는 변화하고 있다. 매우 좋은 슬라이딩 특성들을 가진 납은 다른 성분들로 대체되고 있다. 베어링의 압력 용량도 증가하고 있으며, 이는 외부 영향들에 더욱 민감해지는 결과를 초래한다. 큰 압력을 견뎌내는 층들은 종래의 층들보다 대체로 더 얇고 단단하며, 이는 매립력(embeddability), 즉, 마모를 줄이기 위해 슬라이딩 면 내로 경질 입자들을 매립하는 용량을 더 적게 수반한다. 납 함유 층들을 대체함으로써, 파손된 층의 잔존 슬라이딩력(slidability)도 감소한다. 이는, 결과적으로 베어링의 감소된 작동 안전성과 함께, 매립력도 감소시킨다. 따라서, 만일, 외래 물체들의 침입이 있다면, 상기 베어링은 지금까지 보다 더 큰 정도로 손상될 것이고, 이는 마찰 시스템(tribo-system)의 총체적 실패를 초래할 수 있다.

외래 입자들(foreign particles)은 다양한 유래를 가질 수 있으며, 서로 다른 방법으로 오일 서킷(oil circuit)에 도달할 수 있다. 예를 들어, 구멍 조각들(bore chips), 용접 또는 납땜 잔여물 등과 같이 부품들의 제조로부터 초래된 먼지, 포장으로부터의 개별 부품들의 잔여 먼지(residual dirt) 등이 베어링을 손상시킬 수 있다. 더욱이, 예를 들어, 오일 펌프들 또는 체인 텐셔너들(chain tensioners), 또는 고착 및 연소된 탄화수소 화합물로부터의 연소 잔여물들과 같은 마모 입자들이 베어링에 침투할 수 있다. 또한, 유지 작업으로부터의 외래 입자들 또는 오일 교체시의 오일 내 오염 물질들(contaminants)이 베어링의 손상을 초래할 수도 있다.

외래 물체들은 베어링 플레이(bearing play)보다 몇 배 클 수도 있고, 그로 인해 베어링 외부로 쉽게 씻길 수 없다. 이들은 오일 공급구(oil supply bore)의 단부를 향해 오일 흐름 방향으로 이동하고, 외래 물체들의 방출은 베어링에 의해 저지된다. 따라서, 외래 입자들은 그 후 민감한 슬라이딩 베어링 면 상에서 원주 방향으로 오일 공급구로부터 끌려와서, 스코어링(scoring)의 형성에 의해 베어링을 손상시킨다. 극단적인 경우에, 외래 물체는 최소 저항 부위, 즉, 노출 부위(간격이 최대 폭인 부위)에서 베어링을 떠나려고 하며, 베어링의 압력 부위 내로 깊숙이 샤프트 업(shaft up)에 의해 샤프트와 노출 사이에서 쐐기 효과(wedge effect)의 결과로서 수반된다. 이러한 손상은 전반적으로 베어링의 완벽한 실패를 초래한다.

상기 서술한 문제점들에 대응하기 위하여, 본 발명의 배경이며 본 발명의 하나의 목적은 외래 입자들의 충격에 대해 윤활 베어링의 민감성을 감소시키는데 있다.

상기 목적은 제 1 항에 따른 슬라이딩 베어링으로 해결될 수 있다.

상기 슬라이딩 베어링은 슬라이딩 면 및/또는 오일 공급 그루브에 적어도 하나의 보관소를 포함한다. 보다 상세하게, 하나 또는 복수의 보관소들(depositories)이 오일 공급 그루브 뿐만 아니라 슬라이딩 면에 위치할 수 있으며, 이들은 보관면(depository surface)으로서 공동으로 지정된다. 상기 보관소는 보관면 쪽으로 개방된 만입부(recess)이다. 상기 보관소는 베어링 내로 연장되어 있으며, 이는 슬라이딩 면의 보관소의 경우에 축 방향에서 베어링 후방 쪽을 의미한다. 상기 보관소는 하나 또는 복수의 보관벽들에 의해 제한되고, 따라서 포켓형 만입부(pocket-like recess), 포켓 홀(pocket hole), 관통-홀(through-hole) 등을 형성한다. 상기 베어링 후방을 향한 방향에서 보관소 각의 바람직한 방향은 샤프트 회전 방향에 의존적인 바, 수집된 외래 물체들은 보관소 외부로 씻겨나갈 수 없다. 보다 상세하게, 보관벽은 기준 방향(reference direction)에 대해 연장된 방향에서 예각(acute angle)을 형성하고, 상기 기준 방향은 보관면에 대한 보관벽의 교차점(intersection)에서 보관면의 접선(tangent)에 대해 평행이 되도록 선택된다. 이와 함께, 상기 각은 연장 방향에서 보관벽 및 보관소로부터 이격 방향에서 접선으로 형성되도록 선택된다. 다시 말해, 적어도 하나의 보관벽은 경사진 상태로 베어링 내에 합체되어 있는 바, 샤프트가 베어링 내에서 회전할 때, 보관소 내의 외래 물체는 보관소 외부로 씻겨나갈 수 없고, 반대로 그 안에 고정된다. 이러한 수단들에 의해, 상기 유해한 외래 물체들은 하나 또는 복수의 보관소들에 고정되고, 이에 의해, 상기 베어링의 가동면에 대한 손상은 방지되거나 또는 최소한 감소된다. 따라서, 상기 베어링 시스템의 기능은 극단적 상황에서조차 유지된다. 주 베어링들도, 외래 물체들이 오일의 흐름에 의해 베어링의 슬라이딩 면들 내로 씻겨나가는 것을 방지하기 위해, 보관소들이 베어링 또는 베어링 쉘의 오일 공급 그루부 내로 일체화될 수 있다. 이러한 경우에, 위에 좀 더 상세하게 정의되어 있듯이, 보관소의 합체 방향은 오일 흐름이 보관소로부터 외래 입자들을 씻어낼 수 없도록 되어 있다.

바람직하게는, 외래 물체들의 고정을 위한 보관소는 포켓 홀이다. 이 경우에, 상기 보관소는 베어링의 후방을 통해 관통하지 않으며, 이는 베어링의 제조 방법 또는 사용 분야에 따라 민감할 수 있다. 더욱이, 이러한 종류의 보관소는 쉽게 만들어질 수 있다.

반면에, 상기 보관소는 베어링의 후방을 관통할 수 있으며, 그에 따라, 이러한 수단에 의해 수용량(holding capacity)을 최대화하고 및/또는 베어링으로부터 외래 입자들을 배출하기 위하여 관통-홀로서 형성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 슬라이딩 베어링은 노출 부위(exposure area)를 포함하고 있고, 상기 보관소는 상기 노출 부위 또는 노출 부위 부근에 형성되어 있다. 노출 부위는, 베어링 쉘의 벽 강도가 잔여 베어링 쉘의 벽 강도와 비교하여 감소된 베어링을 형성하는 베어링 쉘의 베어링 단부들에서의 영역인 것으로 이해된다. 이러한 수단에 의해, 두 베어링 쉘들의 연결 지점에서의 부정확성(inexactness)에 기인하는 베어링 쉘 내에서 구동하는 샤프트들 중의 하나에서의 마모는 감소될 수 있다. 원칙적으로, 만일 가능하다면, 베어링의 주 응력 영역(main stress zone)이 아닌, 베어링의 무-응력 영역(non-stress area)의 보관소 내에 유해한 외래 물체들을 고정하도록, 하나 또는 복수의 보관소들이 형성되는 것은 달성될 것이다. 또한, 오일 배출구(oil discharge bore)로부터 외래 물체의 배출은 노출 부위 또는 노출 부위 부근에서 예상될 것이다. 상기 보관소들이 바람직하게는 큰 입자들을 위해 형성되어 있으므로, 베어링의 낮은 응력 영역들(low-stress areas)에서 보관소들의 배열은 보관소들 내에서 입자들의 수용량을 악화시키지 않는다.

동일한 이유로, 상기 보관소는 바람직하게는 축 방향에서 보는 베어링의 엣지부(edge area), 즉, 샤프트들이 들락거리는 측면 부근에 형성되어 있다.

상기 보관소의 수용량은, 바람직하게는, 엔진 내에 존재하는 외래 물체들, 즉, 일례로, 대략 길이 × 폭 × 높이 = 3 mm × 2 mm × 1 mm 또는 2 mm × 2 mm × 2 mm의 최대 크기, 또는 2 mm 직경에 이르는 입자들의 배수 부피(multiple volume)에 대응한다.

바람직하게는, 생산에 있어서 최소 노력의 관점에서, 상기 보관소는 엠보싱(embossing), 보링(boring), 밀링(milling), 레이저 커팅(laser cutting), ECM 또는 펀칭(punching) 수단에 의해 합체된다.

바람직하게는, 상기 보관소의 연장 방향에 수직인 보관소의 단면은, 국부적인 포켓형 만입부를 쉽게 제조하기 위하여 원통형, 타원형 또는 직사각형이다.

바람직하게는, 상기 베어링의 소재보다 연질인 필러(filler)가 보관소 내로 도입된다. 이 경우, 외래 물체들은 씻겨나가지 않고 더 잘 고정된다. 더욱이, 유체 역학적 윤활막 구조는 상기 막 소재가 보관소 면과 같은 높이가 될 때 엣지들에 의해 파괴되지 않는다.

바람직하게는, 상기 연질 소재는 탄성체, 고분자, 금속, 합금 및/또는 금속 발포체를 포함한다.

바람직하게는, 복수의 보관소들은 상기 서술한 특성들을 포함할 수 있도록 존재한다. 이를 위해, 모든 보관소들이 같은 형상, 위치, 크기 등을 가져야 하는 것은 아니고, 다양할 수 있으며, 다른 조건들 또는 일부 조건들을 만족할 수 있다.

상기 언급된 목적은 적어도 하나의 보관소를 포함하고 있는 베어링 쉘에 의해 달성된다. 하나 또는 복수의 보관소들은 상기 설명한 실시예의 변형들에서 형성될 수도 있다. 바람직하게는, 구동 면(running surface)의 과도한 감소를 피하기 위해, 상세하게는 하나의 보관소가 베어링 쉘 내에 형성된다. 이 경우, 상기 베어링은 상세하게는 두 개의 보관소들을 포함한다.

이상의 설명과 같이, 본 발명에 따른 슬라이딩 베어링은, 외래 입자들을 수용하기에 적합한 적어도 하나의 보관소를 가지고 있는 보관면을 포함하고 있어, 외래 입자들의 충격에 대해 윤활 베어링의 민감성을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은, 내부에 샤프트가 합체된 두 개의 베어링 쉘들이 형성되어 있고 두 개의 보관소들을 포함하는 베어링의 단면을 도시하고 있다.
도 2는 도 1에 따른 단면으로서, 둥근 원통형 보관소 단면을 도시하고 있다.
도 3은 타원형 보관소 단면의 도 1에 따른 모식도이다.
도 4는 직사각형 보관소 단면의 도 1에 따른 모식도이다.
도 5는 보관소 포켓들의 도 1에 따른 모식도이다.
도 6은 내부에 필러가 도입된 도 1에 따른 보관소 포켓의 모식도이다.
도 7은 하나의 보관소 내부에 충진 소재가 도입된 도 1에 따른 연속적 보관소의 모식도이다.

도 1은 두 개의 베어링 쉘들(1)로 형성된 베어링의 단면이다. 오일 배출구(11)를 가지고 있는 오일 유로(oil channel)를 포함하는 샤프트(10)가 베어링 내에 합체되어 있다. 샤프트(10)의 회전 방향은 샤프트 상부(upper area)에 화살표로 도시되어 있다. 이에 따르면, 이중 화살표로 표시된 주 응력 방향(main stress direction)이 초래된다. 또한, 상기 오일 배출구를 통한 오일 흐름 방향도 표시되어 있다. 베어링 쉘들(1)은 각각 슬라이딩 면(1’)을 가지고 있다. 두 개의 베어링 쉘(1)들 각각에는, 하나의 보관소(2)가 형성되어 있다. 보관소들(2)은 원통형 형상이고, 베어링 후방을 관통한다. 보관소들(2)은 슬라이딩 면(1’)을 향해 개방되어 있다.

오물 입자는 참조 기호(S)를 사용해 표시되어 있고, 보관소(2)로 유입되는 경로에 위치해 있다. 샤프트를 회전시킴으로써, 상기 입자는 보관소(2)로 움직이고, 그곳에 고정된다. 베어링 후면으로 향하는 방향에서 보관소(2)의 베어링 쉘(1) 내로의 합체 방향은, 회전 방향에 대응하여, 수집된 외래 물체들이 보관소(2) 외부로 씻겨 나갈 수 없도록 되어 있다. 이는, 도 1을 참조할 때, 도시되어 있는 두 개의 벡터들(

,

)이 예각을 형성함을 의미한다. 벡터(

)는 보관소의 연장 방향 및 슬라이딩 면(1’)과 보관벽(2’)의 교차점 부위에서 보관벽(2’)의 방향을 나타낸다. 벡터(

)는 보관소(2)로부터의 이격 방향에서 보관면의 보관벽 교차점에서 보관면의 접선에 따른 방향을 나타낸다.

도 1에는 단지 베어링 및 보관소(2)를 포함하는 가능한 시스템의 단면만이 개시되어 있음을 주목하여야 한다. 벡터들(

,

)의 각의 상기 조건은, 외래 입자들의 세척의 회피가 보장되도록, 베어링의 축방향에서 보관벽의 실질적인 부분에 대해 적어도 충족되어야 한다.

도 1에서, 두 개의 보관소들(2)은, 도면에는 개시되어 있지 않지만 노출 부위들이 형성될 수 있는 베어링 쉘 단부들 부위에 형성되어 있다. 더욱이, 상기 보관소들은 샤프트(10)의 오일 배출구(11)의 부위에 (축 방향으로) 위치해 있다.

도 2, 3 및 4는 각각 도 1에 따른 베어링 상하의 감긴 단면이 개시된 모습을 보여주고 있다. 보관소(2)의 합체 방향에서 보관소(2)의 단면 형상의 예들을 볼 수 있다. 도 2에는 원형 단면이 개시되어 있고, 도 3에는 타원형 단면이 개시되어 있으며, 도 4에는 직사각형 단면이 개시되어 있다. 복수의 보관소들(2)이 형성될 경우, 상기 보관소들은 동일한 단면을 가질 필요가 없음을 주목하여야 한다. 보관소들(2)은, 또한, 상기 합체 방향을 따라 균일한 단면을 가지고 있을 필요가 없으며, 불규칙한 형상의 만입부들, 포켓 홀들, 관통 홀들 등으로 형성될 수 있다.

도 5는 보관소들(2)이 베어링 후면을 관통하지 않는 포켓형 만입부들로 형성되어 있는 도 1에 따른 도면이다. 물론, 상기 단면들은 앞선 실시예들에서 보여지는 바와 같이, 서로 다르게 구성될 수 있다.

도 6 및 도 7은 필러(3) 또는 충진 소재가 보관소들(2)로서의 역할을 하는 포켓 형상 보관소들(2) 및/또는 관통 홀들의 일부에 도입되어 있는 도 1에 따른 도면이다. 상기 필러는 포획된 외래 입자들의 고정을 향상시킬 목적을 갖고 있다. 따라서, 상기 필러는, 바람직하게는, 슬라이딩 면(1’)보다 부드러운 소재로 이루어져 있다.

Claims (11)

1. 외래 입자들(foreign particles)을 수용하기에 적합한 적어도 하나의 보관소(depository: 2)를 가지고 있는 보관면(depository surface)을 포함하고 있는 슬라이딩 베어링(sliding bearing)으로서, 상기 보관면은 슬라이딩 면(sliding surface: 1’) 및/또는 오일 공급 그루브 면(surface of an oil supply groove)이고, 보관면 쪽으로 개방된 만입부(recess)인 보관소(2)는 보관벽(depository wall: 2’)을 포함하고 있고 보관면으로부터 베어링 내로 연장되어 있으며,
   상기 보관벽(2’)은 기준 방향(reference direction)에 대해 연장된 방향에서 예각(acute angle)을 형성하고, 상기 기준 방향은 보관소로부터의 이격 방향으로 보관면에 대한 보관벽의 교차점(intersection)에서 보관면의 접선(tangent)인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 보관소(2)는 포켓 홀(pocket hole)인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 보관소(2)는 관통-홀(through-hole)인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 슬라이딩 베어링은 노출 부위(exposure area)를 포함하고 있고, 상기 보관소(2)는 노출 부위의 영역에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 보관소(2)는 축방향으로 베어링의 엣지부(edge area)에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 보관소(2)의 수용량(holding capacity)은, 대략 길이 × 폭 × 높이 = 3 mm × 2 mm × 1 mm 또는 2 mm × 2 mm × 2 mm의 최대 크기, 또는 2 mm의 직경을 가진 외래 입자들의 배수 부피(multiple volume)에 대응하는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 보관소(2)는 엠보싱(embossing), 보링(boring), 밀링(milling), 레이저 커팅(laser cutting), ECM 또는 펀칭(punching) 수단에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 보관소(2)의 연장 방향에 수직인 보관소(2)의 단면이 원통형, 타원형 또는 직사각형인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 베어링의 소재보다 연질인 필러(filler: 3)가 보관소(2) 내로 도입되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 필러(3)는 탄성체, 고분자, 금속, 합금 또는 금속 발포체인 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 하나에 있어서, 상기 보관소(2)는 복수로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 슬라이딩 베어링.

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