KR20150132153A

KR20150132153A - 슬라이딩 면

Info

Publication number: KR20150132153A
Application number: KR1020157024868A
Authority: KR
Inventors: 리오 슈라이버; 위르겐 라이겐; 마티아스 비버; 볼프강 하프너; 엠마누엘 그로스; 안드레아스 그루츠마허
Original assignee: 마그 이아스 게엠베하
Priority date: 2013-03-25
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2015-11-25
Also published as: WO2014154561A2; DE102013109043A1; BR112015024704A2; CN105051386A; US20160146251A1; RU2015141355A; EP2978982A2; JP2016514806A; MX2015011106A; WO2014154561A3

Abstract

도입되는, 특히 재료의 전기 화학적 제거에 의해 제조되는, 미세하게 작은 함몰부들(depressions)(27)에 의한 슬라이딩 베어링 면(1)의 알려진 구조화에 있어서, 구조화된 면적 내에서 함몰부들의 면적률을 구조화된 전체 면적의 15% 내지 40%로 제한하는 것이 본 발명에 따라 제안되는데, 그 이유는 이것은 가공 비용을 감소시키지만, 함몰부들(27)의 더 큰 면적률이 슬라이딩 베어링의 마찰의 감소를 증가시키지 않기 때문이다.

Description

슬라이딩 면{SLIDING SURFACE}

본 발명은 슬라이딩 쌍의 슬라이딩 면, 특히 레이디얼 베어링(radial bearing)의 슬라이딩 베어링-면, 특히 한편으로는 엔진 블록에 대한 그리고 다른 한편으로 커넥팅 로드에 대한 내연기관 내의 크랭크 샤프트의 베어링 포인트에 관한 것이다.

윤활식 슬라이딩 쌍의 슬라이딩 면에서 슬라이딩 마찰의 크기 및 슬라이딩 쌍, 특히 슬라이딩 베어링의 수명을 위해, 가능한 한 모든 작동 상태에서 충분히 많은 윤활제와 슬라이딩 쌍의 콘택면 사이에 가능한 한 균일한 분포가 이루어지는 것이 중요하다. 또한 특히 2개의 슬라이딩 면 사이의 마찰 이동의 시작이 중요하다.

차량 내 시동-정지 시스템의 사용이 증가함에 따라 특히 크랭크 샤프트의 베어링 포인트에서 이러한 중요성은 매우 커지는데, 그 이유는 이로 인해 슬라이딩 베어링의 가동 과정의 수가 팩터(Factor) 100 이상 증가하기 때문이다.

이러한 이유로 슬라이딩 면의, 특히 슬라이딩 베어링의 컨택면은, 100 ㎛보다 훨씬 낮은 깊이를 갖는 매우 작은 리세스를 갖도록 가공되어야 하고, 상기 리세스는 윤활제를 위한 저장기로서 이용된다. 상기 리세스들은 슬라이딩 면의 재료의 일반적인 거칠기에 따라 제공되거나, 의도대로 도입된다. 이로 인해 슬라이딩 베어링의 지지율, 즉 접촉면들이 실질적으로 서로 접촉하는 면적률은 항상 100%보다 훨씬 작고, 일부는 심지어 60%보다 작다.

슬라이딩 면의 적절한 구조화는 특수한 가공 단계들, 예를 들어 그라인딩, 피니싱 또는 호닝(honing)에 의해 이루어지고, 상기 가공 단계에서 리세스의 구체적인 형태와 분포는 미리 정해질 수 없고, 상기 리세스의 크기, 특히 깊이와 관련해서 편차도 비교적 크다. 특히 구조화의 결과는 실시하는 사람의 경험에 매우 의존적이다.

리세스의 개수, 크기, 깊이 및 분포와 관련해서 규정된 슬라이딩 베어링의 컨택면들의 구조화를 달성하기 위해, 상기 표면을 레이저를 이용해서 조사하여 소정의 리세스를 얻는 것도 알려져 있다.

이러한 과정은 그러나 리세스의 개수가 많은 경우 시간이 매우 오래 걸리고, 또한 표면에 입사하는 레이저 빔에 의해 리세스뿐만이 아니라, 대부분의 경우에 바람직하지 않은, 리세스를 환형으로 둘러싸는 워핑(warping)이 형성되고, 상기 워핑의 제거를 위한 새로운 후속 가공을 필요로 하는 단점을 갖는다. 일반적으로 플랭크(flank)는 레이저에 의해 제조된 리세스의 형태를 조절할 수 없다.

다른 단점은, 레이저 가공에 의해 공간적으로 좁게 제한된 강한 가열 및 후속하는 신속한 냉각이 이루어지고, 이는 바람직하지 않은 새로운 경도 범위를 야기하는 것이다.

또한 펄스식(PECM)으로도 이용되는, 전기 화학적 제거(ECM)의 가공 방법이 공개되어 있다.

이로 인해 3차원 표면, 예를 들어 코인의 입체적 표면이 제조되거나 전술한 리세스가 표면 내로 도입되고, 이 경우 상기 방법으로는 일반적으로 최대 30 ㎛의 제거만이 경제적으로 바람직하다.

다른 전극으로서 이용되는 가공될 표면에 상응하게 네가티브로 형성된 전극이 근접함으로써 상기 표면으로부터 이온 형태의 재료가 제거되고, 이로써 이러한 공정시 예를 들어 스파크-부식에 의해 제공되는 것보다 훨씬 더 정밀한 구조가 가능하다.

전류 안내와 분리된 성분의 이송을 위해 전체 공정 동안 전류를 안내하는 유체가 공구와 공작물 사이의 갭을 통과한다.

공작물로서 크랭크 샤프트, 특히 많은 수의 실린더를 갖는 승용차 엔진용 크랭크 샤프트의 경우에 또한 상기 크랭크 샤프트는 가공 동안 불안정하여 위치 설정이 어렵고, 구조화 시에도 가공이 어려운 공작물이다.

완성된 크랭크 샤프트의 치수 정확도의 평가는 일차적으로 - 축방향 베어링 폭 외에 - 하기 파라미터의 평가에 의해 이루어진다.

- 직경 편차 = 베어링 저널의 미리 정해진 설정 직경과의 최대 편차,

- 진원도 = 외측 및 내측 포락선 원의 간격에 의해 주어진, 베어링 저널의 원형 설정 윤곽과의 거시적 편차,

- 동심도 = 회전하는 베어링 포인트의 편심률 및/또는 바람직한 원형태와 베어링 포인트 사이의 형태 차이로 인해 야기된, 회전하는 공작물의 경우에 방사방향 치수 편차,

- 평균 개별 거칠기 깊이(Rz) 형태의 거칠기 = 베어링 포인트의 표면의 미시적 거칠기를 나타내는 수학적으로 계산된 값,

- 지지율 = 인접하는 대응면에 대해 접촉하는, 미시적으로 관찰된 표면 구조의 지지하는 면적,

그리고 추가로 로드 베어링 포인트의 경우에:

- 행정 편차 = 설정 행정과 실제 행정(센터 베어링의 실제 중심과 로드 베어링 저널의 실제 중심 사이의 간격)의 크기 편차 및

- 각도 편차 = 센터 베어링축에 대해서 및 나머지 로드 베어링 저널에 대한 각도 위치와 관련해서 로드 베어링 저널의 설정 각도 위치와 로드 베어링 저널의 실제 각도 위치의 편차로서, 원주 방향으로 정해진, 행정과 관련된 길이 치수 또는 각도로 편차.

이러한 파라미터에서 소정의 허용 오차의 준수는 이용 가능한 가공 방법 및 공작물의 불안전성과 가공력에 의해 제한된다.

가공 방법의 효율과 경제성은 특히, 공정 시간 및 제조 비용이 중요한 역할을 하는 대량 생산의 경우에 실제로 매우 중요한 한편, 가공시 개별 테스트에서 또는 프로토타입(prototype)에 대해 이러한 규제들은 적용되지 않는다.

이는 예를 들어 크랭크 샤프트의 제조, 정밀 가공 및 특히 상기 크랭크 샤프트의 베어링 포인트의 표면 구조화 시 특히 최종 방법 단계들에 적용된다.

구조화된 면적에 리세스의 분포 및 크기와 관련해서 WO 2011 044 979호 및 DE 10 2006 060 920호에, 내연기관 내의 실린더 가동면에서 실린더 이동 경로를 따라 그 위에 제조되는 리세스의 크기 및 면적비를 변경하는 것, 특히 피스톤 행정의 중앙 영역에서보다 사점에 더 많은 그리고 더 큰 리세스를 제공하는 것이 공개되어 있다.

본 발명의 과제는 특히 유체 역학적 슬라이딩 베어링에서 마찰의 현저한 감소에도 불구하고 효율적인 제조를 가능하게 하는, 구조화된 슬라이딩 면 및 상기 슬라이딩 면의 제조를 위한 방법과 공구를 제안하는 것이다.

상기 과제는 청구범위 제1항의 특징에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항에 제시된다.

실제로, 구조화된 영역에서 리세스(함몰부)를 포함하는 면적이 15 내지 40%, 바람직하게 15 내지 30%, 바람직하게 20 내지 30%를 차지하는 경우에, 비용과 이득 사이의 최적의 비가 주어지는 것이 입증되었다. 리세스의 더 높은 비율은 슬라이딩 특성의 추가 개선을 제공하지 않고, 제조 비용을 현저히 높이며 다른 단점들을 야기한다.

슬라이딩 면이 균일하지 않게 부하를 받는 경우에 더욱이 더 심하게 부하를 받는 영역만이 구조화되더라도, 구조화된 영역 내에서 가장 심하게 부하를 받는 영역에서 리세스로 점유된 면적률을 더 약하게 부하를 받는 영역보다 크게 선택하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.

또한, 구조화된 영역 내에서 최대 부하 영역에서 리세스들을 더 약하게 부하를 받는 영역에서보다 더 작게 선택하고 및/또는 인접한 2개의 리세스 사이의 최소 간격을 더 작게 선택하는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다.

또한, 평면에서 볼 때 하나의 리세스의 최대 길이는 적어도 20 ㎛, 바람직하게 적어도 50 ㎛, 바람직하게 적어도 70 ㎛인 것이 바람직한 것으로 입증되었다. 그러나 이러한 최대 길이의 바람직한 상한선은 최대 170 ㎛, 바람직하게 최대 150 ㎛, 바람직하게 특히 120 ㎛이고, 이러한 상한선 이상에서 슬라이딩 특성은 더 이상 긍정적으로 변경되지 않는다.

또한 상기 리세스의 깊이가 적어도 2 ㎛, 바람직하게 적어도 10 ㎛, 바람직하게 적어도 15 ㎛이지만, 50 ㎛를 넘지 않고, 바람직하게 35 ㎛를 넘지 않고, 바람직하게 20 ㎛를 넘지 않는 경우에, 특히 양호가게 작용하는 리세스의 깊이의 양호한 유효 범위가 제공된다.

또한 평면에서 볼 때 리세스의 최소 길이의 바람직한 상한선도 밝혀졌고, 즉, 최대 150 ㎛, 바람직하게 100 ㎛, 바람직하게 최대 50 ㎛이다.

또한 리세스의 최대 길이는 리세스의 최소 길이의 최대 팩터(Factor) 10, 바람직하게 최대 팩터 5, 바람직하게 최대 팩터 3만큼만 큰 것이 밝혀졌다.

또한 평면에서 볼 때 리세스의 깊이와 리세스의 최대 길이 사이의 바람직한 관계가 밝혀졌다.

리세스의 깊이는 상기 최대 길이의 적어도 1%, 바람직하게 적어도 5%, 바람직하게 적어도 20%, 바람직하게 적어도 40%, 바람직하게 적어도 50% 이어야 한다.

또한 인접한 2개의 리세스 사이의 최소 간격은 평면에서 볼 때 관련된 2개의 리세스의 최대 길이의 적어도 2배, 바람직하게 적어도 3배, 바람직하게 적어도 5배인 경우에, 그리고 평면에서 볼 때 관련된 리세스의 길이의 최대 7배, 바람직하게 최대 10배인 경우에, 바람직한 것으로 입증되었다.

또한 슬라이딩 면의 이동 방향에 대해 반대로 향한, 리세스의 플랭크, 즉 슬라이딩 쌍의 작동 시 윤활제가 리세스로부터 배출되는 소위 배출 플랭크의 경사 위치가 중요한 것으로 밝혀졌다.

표면에 대한 상기 플랭크의 각도는 최대 80°보다 크지 않고, 바람직하게 최대 45°보다 크지 않고, 바람직하게 최대 30°보다 크지 않고, 바람직하게 최대 25°보다 크지 않아야 하고, 동시에 상기 각도는 적어도 45°, 바람직하게 적어도 60°이어야 한다.

또한, 특히 원주 방향으로 슬라이딩 베어링의 최대 부하 영역과 최소 부하 영역이 제공되는 회전 대칭 슬라이딩 베어링의 경우에, 부분적으로만, 즉 더 심하게 부하를 받는 영역의 슬라이딩 면이 구조화되더라도 상기 영역들에서 슬라이딩 베어링 면들은 상이하게 구조화되어야 하는 것이 밝혀졌다.

따라서 최대 부하 영역에서 리세스는 최소 부하 영역에서보다 팩터 2, 바람직하게 팩터 3, 바람직하게 팩터 5만큼 더 깊어야 한다.

또한 최대 부하 영역에서 작동 시 윤활제를 리세스로부터 배출시키는 리세스의 배출 플랭크는 최소 부하 영역에서보다 가파르게, 즉 적어도 10%, 바람직하게 적어도 15%, 바람직하게 적어도 20% 가파르게 구현하는 것이 바람직한 것으로 입증되었다.

또한 리세스의 형성 시 그리고 특히 상기 리세스의 깊이 설정 시 기계적 베어링 갭의 방사방향 길이는 슬라이딩 면들의 구조적으로 미리 정해진 간격에 의해 고려되어야 한다.

그 이유는 실제로 리세스의 깊이는 베어링 갭의 최대 0.5배, 바람직하게 최대 0.33배, 바람직하게 최대 0.1배인 것이 밝혀졌기 때문이다.

평면에서 본 리세스의 최대 길이도 기계적 베어링 갭의 방사방향 길이의 최대 14배, 바람직하게 최대 8배, 바람직하게 최대 4배이어야 한다.

본 발명에 따른 실시예들은 하기에 예시적으로 설명된다.
도 1은 4실린더-내연기관용 크랭크 샤프트를 도시한 측면도,
도 2a는 축방향으로, 센터 베어링들 중 하나의 센터 베어링의 단면에서 본 도 1의 크량크 샤프트를 도시한 도면,
도 2b는 축방향으로 그리고 센터 베어링의 단면도에서 본 6실린더-내연기관용 크랭크 샤프트를 도시한 도면,
도 3a는 슬라이딩 면의 구조화된 영역을 도시한 평면도,
도 3b는 크랭크 샤프트의 베어링 포인트를 도시한 확대도,
도 3c는 크랭크 샤프트의 베어링 포인트를 도시한 다른 확대도,
도 4a 및 도 4b는 슬라이딩 면 내의 리세스의 단면도.

도 1은 마찰 감소를 위해 슬라이딩 면(1)이 리세스에 의해 구조화된 일반적인 공작물로서, 4실린더-왕복 피스톤 엔진용 크랭크 샤프트(2)의 측면도를 도시하고, 상기 도면에서 크랭크 샤프트의 추후 회전축(10) 상에 총 5개의 센터 베어링(1b)이 제공되고, 상기 베어링은 슬라이딩 면(1)으로서 대략 실린더형 재킷면을 갖는다. 상기 센터 베어링 포인트들(1b) 사이에, 각각 방사방향 외측으로 오프셋되어, 전체적으로 4개의 로드 베어링 포인트(1a) 중 각각 하나의 로드 베어링 포인트가 제공되고, 상기 로드 베어링 포인트들은 각각 할당된 커넥팅 로드마다 슬라이딩 면(1)으로서 거의 실린더형의 베어링 면을 포함할 수 있고, 측벽(5)에 의해 센터 베어링(1b)에 연결된다.

상기 도면에서, 가공 동안 축방향 단부만이 예를 들어 터닝 머신 내에 지지되는 크랭크 샤프트(2)는 그 구조로 인해 그리고 이로써 중앙 영역이 쉽게 휘어질 수 있음으로써, 특히 수 ㎛ 단위의 툴의 접근 및 가공 정확성이 관련되면, 비교적 불안정한 공작물인 것이 명백해진다.

슬라이딩 쌍의 2개의 슬라이딩 면 사이에 슬라이딩 면들의 상호 마찰 이동에 의해 슬라이딩 면에 분포되고 베어링 갭 내에 슬라이딩 막을 형성하는 윤활제, 주로 오일이 위치하는 유체 역학적 슬라이딩 베어링에서 마찰은, 도 3a에서 슬라이딩 면(1)의 평면도에 그리고 도 4a의 단면도에 도시된 바와 같이 슬라이딩 면(1) 내에 리세스들(27)이 분배되어 도입되면 감소할 수 있다.

규정된 형태, 크기, 깊이 및 상호 간격을 갖는 이러한 μ범위의 리세스(27)를 재현 가능하게 경제적으로 대량으로 제조할 수 있기 위해, 전기 화학 가공(Electro-Chemical-Manufacturing; ECM)이 이용된다.

본 발명에 따라 크랭크 샤프트(2)의 베어링 포인트(1a, 1b)의 각각 부분 영역(11)만이 구조화되고, 즉 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 베어링 포인트의 원주 방향으로 구조화된다.

그 이유는 4실린더(도 2a)- 또는 6실린더 왕복 피스톤 엔진(도 2b)을 위한 도시된 크랭크 샤프트의 경우에 작동 시 가스 혼합물의 점화 시점에 그리고 실린더 내에 폭발 압력이 형성되고 피스톤을 아래로 가속화하는 점화 직후에 로드 베어링 저널(1a)에서 최대 부하가 이루어진다. 도시되지 않은 커넥팅 로드는 일시적으로 상부에 위치한 로드 베어링(1a)의 원주 영역(11a1)을 가압하고, 상기 로드 베어링의 중심은 크랭크 샤프트(2)의 회전 방향(28)으로 크랭크 샤프트의 회전축(10)으로부터 방사방향으로 가장 멀리 떨어져 있는 상기 로드 베어링 저널(1a)의 지점(13) 뒤에 위치한다.

커넥팅 로드의 베어링 셸은 베어링 저널에 점형태로 지지되는 것이 아니라, 특정한 원주 영역에 걸쳐 지지되기 때문에, 최대 부하를 받는 원주 영역(11a1)은 - 그것을 얼마나 크게 설계하는지에 따라 - 방사방향 최외부 지점(13) 바로 앞에서 시작하고, 예를 들어 60°의 회전 방향(28)과 반대로 각도 세그먼트에 걸쳐 연장되는 영역이다.

다른 로드 베어링 저널(1a)의 경우에 이것은 상기 로드 베어링 저널이 최고 위치에 위치하는 경우와 유사한 영역이다.

커넥팅 로드로부터 가해진 압력은 우선 상응하는 로드 베어링 저널에 전달되고, 거기에서부터 측벽(5)을 지나 적어도 축방향으로 인접한 2개의 센터 베어링 저널(1b)에 전달되고 또한 축방향으로 멀리 떨어져 위치한 센터 베어링 저널(1b)에는 그렇게 많이 전달되지 않고, 상기 센터 베어링 저널은 원주 영역(11a1)에 대향 배치된 원주 영역(11a1')의 측면에 대한 커넥팅 로드의 압력에 의해 상기 베어링 저널의 베어링 셸 내로 압입된다.

따라서 2개의 원주 영역(11a1, 11a2)에 직경 방향으로 대향 배치된 센터 베어링 저널(1b)의 원주 영역(11a1', 11a2')도 심하게 부하를 받는 영역이다.

이로써 베어링 포인트에서 심하게 부하를 받는 원주 영역(11a)만이 구조화되거나 베어링 포인트의 나머지 영역보다 더 구조화되고, 바람직하게는 상기 영역만이 구조화되므로, 나머지 영역의 가공이 절약될 수 있다.

6실린더 크랭크 샤프트의 예에서 도 2b에, 축방향으로 인접한 2개의 로드 베어링 저널에 대향 배치된 원주 영역만이 구조화될 수 있더라도, 전체 센터 베어링 저널(1b)의 경우에 모든 크랭크 샤프트 저널의 심하게 부하를 받는 영역 전체(11a1, 11a2, 11a3)에 대향 배치된 원주 영역(11a1', 11a2', 11a3')이 각각 구조화되는 것이 도시된다.

이것은, 멀리 떨어져 있는 로드 베어링 저널에 대한 부하가 또한 해당하는 원주 영역 내의 관련 센터 베어링 저널에 더 심하게 부하를 가할 수 있는 사상에 기초한다.

또한 도 3b는, 이동 방향(28)에 대해 가로방향으로, 원주 방향으로, 즉 축방향(10)으로 베어링 포인트(1)의 중앙 폭 영역(11b)만이 구조화되는 것을 도시한다.

이는 대부분의 경우에, 특히 베어링 면(1)이 원통형이 아니라 약간 구형으로 형성될 때 충분한데, 그 이유는 원통형 베어링 셸을 포함하는 슬라이딩 쌍에서 축방향 길이의 중앙 영역에 작동 시 최소 베어링 갭 및 베어링의 부식의 최대 위험이 나타나기 때문이다.

도 3b에 도시된 바와 같이, 축방향으로 베어링 포인트(1)의 전체 폭 또는 베어링 포인트(1)의 축방향 중앙 영역만이 본 발명에 따라 구조화되고, 경우에 따라서 원주 방향으로도 추가로 부분적으로만 구조화될 수 있다.

또한 도 3a의 확대도에 도시된 바와 같이, 슬라이딩 면의 구조화된 영역에 매우 작은 다수의 리세스(27)가 제공되는데, 그 이유는 부분적인 구조화는 마찰을 현저히 감소시키는 것이 밝혀졌기 때문이다.

이러한 리세스(27)는 평면도에서 볼 때 도 3a에 도시된 바와 같이, 예를 들어 원형으로 또는 길게, 예를 들어 최소 길이(e)와 최대 길이(E) 및 상호 최소 간격(21)을 갖는 반원형 단부를 가진 짧은 홈의 형태로 형성된다.

구조화된 영역(11) 내에서 리세스(27)의 면적률은 구조화된 영역(11)의 전체 면적의 15% 내지 40% 이어야 한다.

인접한 2개의 리세스(27) 사이의 중심들 간의 간격(21)은 평면도에서 볼 때 리세스의 최대 길이(E)의 적어도 3배, 바람직하게 적어도 5배, 바람직하게 적어도 7배이어야 한다.

바람직하게 리세스들(27)은 또한 균일한 격자, 예를 들어 마름모 형태의 격자로 배치되고, 상기 격자의 하나의 대각선은 원주 방향(28)으로 배치된다.

긴 리세스(27)의 경우에 상기 리세스의 메인 연장 방향(20)은 먼저 베어링 포인트(1)의 원주 방향(28)으로, 즉 후추의 회전 방향으로 위치하고, 또한 최대 30°의 각도를 취한다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 리세스들(27)은 너무 길게 연장되지 않아도 되고, 즉 최대 길이(E)는 최소 길이(e)의 최대 10배, 바람직하게 최대 3배 크기이면 된다.

도 3c에 도시된 바와 같이, 구조화된 영역에서 비용 대 이득의 최적의 비는 구조화된 영역 내에서 리세스들(27)의 간격과 크기의 변경에 의해 달성된다.

상기 도면에서 최대 부하 영역에, 즉 표시된 대칭선 둘레의 원주 방향으로, 리세스들(27)은 가장 작고, 서로 최소 간격(21)을 갖는다.

리세스들(27)은 평면도에서 볼 때 거기에 원주 방향으로 연결되는 부하를 덜 받는 제 2 영역에서 훨씬 더 크고, 상기 홈들의 간격도 마찬가지로 더 크므로, 선택적으로 간격의 적절한 설정에 의해 구조화된 면적의 동일하거나 약간 더 작은 면적률이 리세스(27)에 의해 점유된다. 또한 대칭선으로부터 더 멀리 떨어져 있는, 부하를 덜 받는 제 3 영역에 더 큰 리세스들(27)이 제공되고, 상기 리세스들은 제 1 영역과 달리 예를 들어 3배 직경을 갖는 한편, 제 2 영역의 직경은 2배의 직경이다. 또한 상기 제 3 영역에서, 리세스(27)를 갖는 구조화된 면적이 차지한 면적률은 제 1 및 제 2 영역에서와 동일할 수 있거나 또한 더 작을 수 있다.

또한 도 4a 및 도 4b의 단면도에 도시된 바와 같이, 상기 목적의 달성을 위해 리세스(27)의 형태와 크기도 매우 중요한 것이 밝혀졌다.

리세스는 ㎛ 범위의 깊이를 가져야 하며, 이는 부하 수용 능력을 가장 최소화하지만, 충분한 저장소 효과(depot effect) 및 마찰 감소를 야기하기 때문이다.

리세스(27)의 깊이(t)와 달리 리세스(27)는 최소 길이(e)를 가질 수 있고, 예를 들어 라운드형 리세스(27)의 경우에 최대 150 ㎛ 또는 50 ㎛에 불과한 직경(d)을 가질 수 있다.

도 4a 및 도 4b에 리세스(27)의 플랭크(18)의 형태가 도시된다.

수직 단면에서 - 도 4a에 도시된 바와 같이 - 리세스는 대칭으로, 특히 회전 대칭으로 형성될 수 있고, 즉 플랭크들(18)은 베어링 포인트(1)의 표면에 대해 동일한 경사각(9)을 갖는다.

추가로 및/또는 대안으로서 도 4a에서 좌측 플랭크에 도시된 바와 같이, 플랭크들(18)은 적어도 2 ㎛의 반경의 라운딩(8)을 갖는 베어링 포인트(1)의 표면으로 이행한다. 2개의 조치는, 크랭크 샤프트의 작동 시 리세스(27) 내에 수용되는 윤활제가 베어링 블록의 컨택면, 즉 슬라이딩 면(1)에 대한 대응면(20)에 점착에 의해 양호하게 원주 방향(28)으로 이송될 수 있고 따라서 리세스(27) 옆의 베어링 갭(3) 내로 이송될 수 있는 것에 기여한다.

이를 위해 베어링 갭(3)은 리세스(27)의 깊이(t)보다 작고, 바람직하게는 상기 리세스의 깊이이 0.5배 보다 작아야 한다.

도 4b에 도시된 바와 같이, 크랭크 샤프트(2)의 추후 회전 방향(28)으로 위치한 플랭크(18)를 가파르게 형성하는 것도 바람직한데, 그 이유는 반대 방향으로만 윤활제의 이동이 이루어지기 때문이다. 이로 인해 부정적인 영향 없이 개별 리세스(27)의 체적이 증가하여 저장소 효과가 개선된다.

리세스(27)의 전술한 작은 깊이(t)로 인해 - 상기 리세스는 그 밖에 의도대로 야기되는 상기 리세스 간의 연결 없이도 완전한 작용을 하고 -, 리세스들(27) 사이의 표면 영역에서 베어링 포인트(1)의 표면의 거칠기가 리세스(27)의 깊이(t)보다 작은 범위이어야 하는 것이 밝혀졌다.

리세스들 사이의 상기 영역은 예를 들어 60% 내지 70%의 충분한 지지율을 갖는다.

1 베어링 포인트, 슬라이딩 면
1a 로드 베어링 면, 로드 베어링
1b 센터 베어링 면, 센터 베어링
2 크랭크 샤프트, 공작물
3 베어링 갭
4 유체, 전해질
5 측벽
8 라운딩
9 각도
10 축방향, 회전축
11 구조화된 영역, 부분 영역
11a 원주 영역
11b 폭 영역
12 전체 폭
13 방사방향 최외부 지점
18 플랭크
20 대응면
21 간격
27 리세스
28 이동 방향, 회전 방향
29
d 직경
e 최소 길이
E 최대 길이
t 깊이

Claims

대응면(20)을 따라 슬라이딩 이동을 위한, 슬라이딩 면(1), 특히 슬라이딩 베어링 면, 특히 회전 대칭 슬라이딩 베어링 면(1)으로서, 상기 슬라이딩 면(1)의 표면은 미리 정해진 분포로, 기하학적으로 규정된 매우 작은 리세스(27)에 의해 구조화되는 슬라이딩 면(1)에 있어서,
구조화된 영역(11)에서 리세스(27)에 의해 점유된 면적의 면적률은 구조화된 영역의 전체 면적의 15% 내지 40%, 바람직하게 15% 내지 30%, 바람직하게 20% 내지 30%인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항에 있어서,
구조화된 영역(11)의 경우에 불균일한 부하에 의해 상기 슬라이딩 면(1)의 최대 부하 영역에서 리세스(27)로 점유된 면적의 면적률은 더 약한 부하의 영역에서보다 큰 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 또는 제2항에 있어서,
구조화된 영역(11)의 경우에 불균일한 부하에 의해 상기 슬라이딩 면(1)의 최대 부하 영역에서 리세스(27)는 더 약한 부하의 영역에서보다 작고 및/또는 인접한 2개의 리세스들(27) 사이의 최소 간격(21)은 더 약한 부하의 영역에서보다 작은 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
슬라이딩 면(1)을 평면에서 볼 때 리세스(27)의 최대 길이(E)는 적어도 20 ㎛이고, 바람직하게 적어도 50 ㎛이고, 바람직하게 적어도 70 ㎛인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 슬라이딩 면(1)을 평면에서 볼 때 리세스(27)의 최대 길이(E)는 최대 170 ㎛이고, 바람직하게 최대 150 ㎛이고, 바람직하게 최대 120 ㎛인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
- 평면에서 볼 때 상기 리세스(27)의 최소 길이(e)는 최대 150 ㎛이고, 바람직하게 최대 100 ㎛이고, 바람직하게 최대 50 ㎛이고
및/또는
- 평면에서 볼 때 상기 리세스(27)의 최대 길이(E)는 상기 최소 길이(e)의 최대 팩터(Factor) 10만큼, 바람직하게는 팩터 5만큼만, 바람직하게는 팩터 3만큼만 큰 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리세스(27)의 깊이(t)는 적어도 2 ㎛이고, 바람직하게 적어도 10 ㎛이고, 바람직하게 적어도 15 ㎛인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리세스(27)의 깊이(t)는 최대 50 ㎛이고, 바람직하게 최대 35 ㎛이고, 바람직하게 최대 20 ㎛인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 리세스(27)의 깊이(t)는 평면에서 볼 때 상기 리세스(27)의 최대 길이(E)의 적어도 1%, 바람직하게 적어도 5%, 바람직하게 적어도 20%, 바람직하게 적어도 40%, 바람직하게 적어도 50%인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
인접한 2개의 리세스(27) 사이의 최소 간격(21)은 평면에서 볼 때 상기 리세스(27)의 최대 길이(E)의 적어도 2배, 적어도 3배, 바람직하게 적어도 5배인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
인접한 2개의 리세스(27) 사이의 최소 간격(21)은 평면에서 볼 때 상기 리세스(27)의 최대 길이(E)의 최대 7배, 바람직하게 최대 10배인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
슬라이딩 면(1)의 상대 이동 방향(28)으로, 특히 회전 대칭 슬라이딩 면(1)의 원주 방향(28)으로, 상기 리세스(27)가 위치하는 섹션, 즉 슬라이딩 면(1)의 이동 방향(28)에 대해 반대로 향하는 리세스(27)의 배출 플랭크(18)는 대향 배치된 플랭크보다 가파르게, 특히 리세스들(27) 사이의 표면에 대해 최대 80°, 바람직하게 최대 45°, 바람직하게 최대 30°, 바람직하게 최대 25°의 각도(9)로 연장되는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
슬라이딩 면(1)의 상대 이동 방향(28)으로, 특히 회전 대칭 슬라이딩 면(1)의 원주 방향(28)으로, 상기 리세스(27)가 위치하는 섹션, 즉 슬라이딩 면(1)의 이동 방향(28)에 대해 반대로 향하는 리세스(27)의 배출 플랭크(18)는 리세스들(27) 사이의 표면에 대해 적어도 45°, 바람직하게 적어도 60°의 각도(9)로 기울어지는 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
슬라이딩 면(1)의 경우에 균일하지 않은 부하에 의해 상기 슬라이딩 면(1)의 최대 부하의 영역에서 상기 리세스(27)의 상기 배출 플랭크(18)의 각도(9)는 더 약한 부하의 영역에서보다 큰 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
- 슬라이딩 면(1)의 경우에 균일하지 않은 부하에 의해 상기 슬라이딩 면(1)의 최대 부하의 영역에서 상기 리세스(27)는, 구조화된 영역의 더 약한 부하의 영역에서보다 깊고, 특히 적어도 팩터 2만큼, 바람직하게 적어도 팩터 3만큼, 바람직하게 적어도 팩터 5만큼 더 깊고, 및/또는
- 최대 부하의 영역에서 배출 플랭크(18)는 구조화된 영역의 최소 부하의 원주 영역에서보다 가파르고, 특히 적어도 10%, 바람직하게 적어도 15%, 바람직하게 적어도 20% 더 가파른 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
슬라이딩 면(1)의 경우에 상기 리세스(27)의 깊이(t)는 기계적 베어링 갭(3)의 최대 0.5배, 바람직하게 최대 0.33배, 바람직하게 최대 0.1배인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
슬라이딩 면(1)의 경우에 상기 리세스(27)의 최대 길이(E)는 상기 기계적 베어링 갭(3)의 최대 14배, 바람직하게 최대 8배, 바람직하게 최대 4배인 것을 특징으로 하는, 슬라이딩 면.