KR20160063261A - 장착식 베어링 및 이러한 장착식 베어링 제작 방법 - Google Patents

장착식 베어링 및 이러한 장착식 베어링 제작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장착식 베어링(1)에 관한 것으로서, 상기 장착식 베어링(1)은: 사이에서 롤링 챔버(4)가 경계를 이루는 외측 레이스(2)와 내측 레이스(3); 롤링 챔버(4) 내에 배열된 롤링 바디(5); 외측면으로부터 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20); 및 장착식 베어링(1)의 하나 이상의 작동 변수를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서(11)를 포함하는 측정 장치(10)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 하나 이상의 측정 장치(10)는 외측면으로부터 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20)에 장착된다.

Description

장착식 베어링 및 이러한 장착식 베어링 제작 방법{Instrumented bearing and manufacturing process of such instrumented bearing}
본 발명은 장착식 베어링 및 이러한 장착식 베어링 제작 방법에 관한 것이다.
베어링은 통상 사이에서 롤링 챔버가 경계를 이루는 내측 레이스 및 외측 레이스를 포함한다. 또한, 베어링은 베어링 케이지에 의해 고정되고 롤링 챔버 내에 배열된 롤링 바디(rolling body)를 포함한다.
베어링은 베어링의 작동 변수 특성, 가령, 온도, 속도, 가속도, 윤활 정도, 윤활제의 화학적 또는 물리적 변수, 가령, 예컨대, 윤활제의 전도율 또는 산도, 진폭 또는 음폭을 측정하도록 구성된 센서를 포함하는 측정 장치와 연결될 수 있다.
측정 장치는 일반적으로 베어링의 외측면(outside)에 배열되는데, 가령, 예를 들어, 베어링의 외측 레이스를 수용하는 케이싱(casing) 내에 배열되거나 또는 베어링의 내측 레이스를 수용하는 샤프트(shaft) 위에 배열된다. 따라서, 측정값(measurement)들은 베어링의 환경(environment)에 의해 영향을 받는다. 게다가, 측정 장치를 베어링의 근처에 위치시키기 위해 일정 공간(space)이 제공되어야 한다. 측정 장치를 통합하는 예는 WO　2010/0133924　A1 및 WO　2010/088964　A1에 도시되어 있다.
측정 장치를 포함하는 장착식 베어링의 전체 크기를 줄이기 위하여, WO　2006/083736　A1에는 측정 장치를 적어도 부분적으로는 베어링 케이지 내에 포함시키도록 제안된다. 상기 해결책의 결점 중 하나는 장치에 전력을 공급하고 장치로부터 외부로 신호를 전송하기가 어렵다는 점이다.
본 발명의 목적은 개선된 장착식 베어링을 제공하는 데 있다.
이를 위하여, 본 발명은 사이에서 롤링 챔버(rolling chamber)가 경계를 이루는(delimited) 외측 레이스(outer race)와 내측 레이스(inner race); 외측면(outside)으로부터 롤링 챔버와 분리되는 하나 이상의 부재(member); 및 장착식 베어링의 하나 이상의 작동 변수(operating parameter)를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서(sensor)를 포함하는 하나 이상의 측정 장치를 포함하는 장착식 베어링(instrumented bearing)으로 구성된다.
본 발명에 따른 장착식 베어링에 의하면, 하나 이상의 측정 장치가 외측면으로부터 롤링 챔버와 분리되는 부재에 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 그 외의 다른 바람직한 특징들에 따르면, 개별적으로 또는 조합하여:
- 롤링 챔버와 분리되는 부재는 금속 플랜지(metal flange), 가령, 예를 들어, 베어링의 레이스들 중 하나에 견고하게 고정되고 레이스 위에 장착된 캡형 베어링(capped bearing)의 플랜지 형태로 형성될 수 있다.
- 롤링 챔버와 분리되는 부재는 하나 이상의 탄성 부분을 가진다.
- 상기 분리되는 부재는 예를 들어 합성 재료(synthetic material) 또는 폴리머로 형성된 가요성의(flexible) 밀봉 부분, 및 예를 들어 금속으로 형성된 강성의(rigid) 지지 부분을 포함하는 밀봉 수단 형태로 제작된다.
- 상기 분리되는 부재의 가요성의 밀봉 부분은 강성의 지지 부분 위에 고정되는데, 가령, 예를 들어 접착되거나 또는 오버몰딩된다(overmolded).
- 가요성의 밀봉 부분은 베어링의 레이스들 중 하나를 향해 연장되고 상기 레이스와 슬라이딩 접촉(sliding contact)을 제공하는 하나 이상의 립(lip)을 포함한다.
- 밀봉부(seal)는 래버린스(labyrinth)에 의해 베어링의 레이스들 중 하나 및 분리되는 부재 사이에 형성된다.
- 측정 장치는 롤링 챔버와 분리되는 부재 내의 개구에 삽입되며, 측정 장치의 내측 부분(inner portion)은 롤링 챔버의 내부와 접촉되고 측정 장치의 외측 부분(outer portion)은 베어링의 외부로 개방된다. 개구를 통과하는 측정 장치의 중간 부분(intermediate portion)은 내측 부분과 외측 부분 사이에 소통 채널(communication channel)을 제공한다. 상기 소통 채널은 기계, 물리, 화학, 전기, 자기(magnetic) 또는 전자기 신호 또는 이들의 조합을 전송할 수 있다.
- 측정 장치는 롤링 챔버와 분리되는 부재 내의 개구에 삽입된 핀(pin) 형태로 구성된다. 본 발명에 따르면, 용어 "핀'은 리벳(rivet), 버튼(button) 또는 핀과 동일한 의미일 수 있다.
- 핀의 내측 부분 및/또는 핀의 외측 부분은 롤링 챔버와 분리되는 부재 내의 개구의 직경보다 더 큰 직경을 가진 헤드(head) 형태를 가진다.
- 측정 장치는 측정된 변수(measured parameter)를 위해 하나 이상의 표시기(indicator)를 나타내기 위한 디스플레이 수단(display means)을 포함하는 외측 부분을 포함한다.
- 측정 장치의 외측 부분의 디스플레이 수단은 상기 외측 부분의 내부가 보일 수 있게 하는 투명 부분을 포함하며 LED 표시기 또는 착색제(coloring agent)를 함유할 수 있다.
- 측정 장치는 장착식 베어링의 물리적 변수 특성에 대해 감응하는(sensitive) 활성 요소(active element)를 포함한다.
- 측정 장치의 내측 부분은 측정 장치의 활성 요소들과 롤링 챔버를 연결시킬 수 있는 중간 부분을 포함한다. 상기 중간 부분은 다공 부분(porous portion) 또는 막(membrane)으로 구성될 수 있다.
- 측정 장치의 활성 요소는 복수의 마이크로캡슐로 구성된다. 마이크로캡슐은 예를 들어, 변수(parameter)가 한계값(limit value)을 초과할 때 배출되는 분자(molecule)들에 의해 형성되거나 또는 릴리스되는(released) 착색제와 같이, 변수에 따라 탐지가능한 효과(detectable effect)를 제공하도록 구성된 분자를 함유한다.
- 상기 효과는 비가역적이다(irreversible). 이에 따라 변수가 한계값을 초과하는 상황을 기억할 수도 있다.
- 마이크로캡슐은 베어링의 외측면으로부터 볼 수 있도록 배열된다. 이에 따라 형성된 효과가 마이크로캡슐의 색상 또는 그 주변(environment)이 변경되면 상기 효과를 볼 수 있게 된다. 따라서, 전자 부품(electronic component)를 사용하지 않고도 간단하게 변수의 값의 신호를 보낼 수 있다(signal).
- 마이크로캡슐은 변수가 한계값을 초과할 때 분자를 배출하도록 구성된다.
- 마이크로캡슐은 투명 바디(transparent body) 내에서 측정 장치의 액체 또는 겔(gel)을 분산한다(dispersed). 이에 따라 핀 내부에서 착색제 또는 그 외의 다른 현상(phenomena)이 보일 수 있게 된다.
- 마이크로캡슐은 롤링 챔버와 분리되는 부재의 코팅(coating) 내에 포함된다.
- 측정 장치는 무선 이미터(wireless emitter)를 포함한다. 무선 이미터는 RFID 태그(tag)의 일부인 것이 바람직하다. 이에 따라 원격 검사(remote interrogation)가 가능하다.
- 롤링 챔버와 분리되는 부재는 측정 장치를 배열하기 위한 개구(opening)를 포함하는 금속 캡(metal cap)을 포함한다.
- 롤링 챔버와 분리되는 부재는 복수의 측정 장치를 포함하는데, 각각의 타입의 측정 장치는 장착식 베어링의 상이한 특정 작동 변수에 대해 감응하며, 이에 따라 상이한 변수들에 대한 정보를 제공할 수 있다.
- 롤링 챔버와 분리되는 부재는 모두 장착식 베어링의 작동 변수에 대해 감응하는 복수의 측정 장치를 포함하지만, 각각의 측정 장치는 상기 변수의 상이한 임계값(threshold value)에 대해 감응하며, 이에 따라 변수의 상이한 값들에 대한 정보를 제공할 수 있다.
- 장착식 베어링의 작동 변수 특성은 기계적 타입으로 구성되는데, 이에 대한 비-제한적인 예는 부재의 운동 속도, 온도, 압력, 진동이 있다.
- 장착식 베어링의 작동 변수 특성은 화학적 타입으로 구성되는데, 이에 대한 비-제한적인 예는 수분 함량(moisture content), 산도(acidity), 점도(viscosity), 산화도(level of oxidation)가 있다.
- 측정 장치는 베어링의 밀봉부 내에 통합된다(integrated).
- 측정 장치는 오버몰딩(overmolded)으로 인해 베어링의 밀봉부 내에 통합된다.
- 측정 장치는 클리핑(clipped)으로 인해 베어링의 밀봉부 내에 통합된다.
따라서, 본 발명은 측정 장치를 포함하는 장착식 베어링의 전체 크기를 줄일 수 있다. 핵심 변수, 가령, 온도, 수분 함량, 충격(impact), 과잉 진동 또는 과잉 속도의 측정(measurement)은 베어링의 외부가 아니라 베어링과 통합되는 방식으로 구현되는 것이 바람직하다. 게다가, 본 발명의 해결책은 다재다능하며 가령, 예를 들어 모니터링해야 하는 변수의 선택이 중요한 경우에서와 같이 적용하기가 쉽고, 상대적으로 낮은 비용으로도 구현할 수 있다.
측정 장치의 통합(integration)으로 인해, 본 발명은 장치 내의 기존의 전용 공간을 보존할 수도 있게 한다.
또한, 본 발명은 위에 기술한 장착식 베어링을 제작하는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
a) 외측 레이스, 내측 레이스 및 롤링 바디를 제작하는 단계;
b) 개구를 가진 롤링 챔버와 분리되는 부재를 제작하는 단계;
c) 롤링 챔버와 분리되는 부재의 개구 안에 측정 장치를 삽입하는 단계; 및
d) 장착식 베어링을 조립하는 단계를 포함한다.
이제, 본 발명은 첨부도면들을 참조하여 오직 비-제한적인 예로서 제공된 하기 설명을 읽음으로써 더 잘 이해될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 장착식 베어링의 투시도; 및
도 2는 도 1로부터 베어링의 세부부분을 확대하여 도시한 단면도이다.
본 발명에 따른 장착식 베어링(1)이 도 1 및 2에 도시된다.
베어링(1)은 외측 레이스(2)와 내측 레이스(3)를 포함하며, 롤링 챔버(4)가 이들 레이스 사이에서 경계를 이룬다(delimited). 베어링(1)은 레이스(2 및 3)의 상대 회전축을 형성하는 중앙축을 가진다.
베어링(1)은 롤링 챔버(4) 내에 배열되고 베어링 케이지(bearing cage)에 의해 고정되는(retained) 롤링 바디(rolling body)(도시되지 않음)를 포함한다.
롤링 챔버(4)는 부재(20)에 의해 외측면으로부터 분리되는데, 상기 부재(20)는 내측 레이스(3)와 슬라이딩 접촉(sliding contact)하도록 구성된 밀봉 립(sealing lip)을 형성하는 오버몰딩 엘라스토머(28) 및 금속 플랜지(26)를 포함한다. 상기 부재(20)는 외측면(2)과 함께 회전하도록 구성된다.
또한, 베어링(1)은 베어링(1)의 작동(operation)의 하나 이상의 변수 특성(parameter characteristic)을 측정하도록 구성된 측정 장치(10)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 측정 장치(10)는 부재(20)에 장착되어 롤링 챔버(4)와 분리되는데, 이에 관해 밑에서 상세하게 기술된다.
측정 장치(10)는, 도 1 및 2에서와 같이, 완전하게 부재(20) 위에 배열되고 부재(20)에 의해 지지되는 것이 바람직하다.
측정 장치(10)는 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20) 내의 개구(22) 안에 삽입되는 핀(pin) 형태로 형성되는데, 핀의 내측 부분(30)은 롤링 챔버(4)의 내부와 접촉되며 핀의 외측 부분(32)은 베어링(1)의 외측면으로부터 볼 수 있다. 개구(22)를 관통하는 핀의 중간 부분은 내측 부분(30)과 외측 부분(32) 사이에 소통 채널(communication channel)을 제공할 수 있다. 상기 소통 채널은 기계, 물리, 화학, 전기, 자기(magnetic) 또는 전자기 신호 또는 이들의 조합을 전송할 수 있다.
측정 장치(10)는 환경(circumstance)에 따라 당업자에게 선택한 변수들을 탐지하도록 구성된 하나 또는 그 이상의 센서(11)를 포함한다. 이 센서들은 온도 센서, 전도율(conductivity) 또는 산도(acidity)를 탐지하도록 구성된 센서 혹은 특정 분자를 탐지하도록 구성된 센서를 포함할 수 있다.
도 2에서, 핀의 내측 부분(30)과 핀의 외측 부분(32)은 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20) 내의 개구(22)의 직경보다 더 큰 직경을 가진 헤드(head) 형태로 구성된다.
특히, 내측 부분(30)은 핀이 부재(20)의 개구(22) 내에 삽입되기 쉽도록 챔퍼(chamfer)를 포함한다.
외측 부분(32)은 측정된 변수를 위해 하나 이상의 표시기를 나타내기 위한 디스플레이 수단을 포함한다. 상기 디스플레이 수단은 핀의 헤드 내부가 보일 수 있게 하는 투명 부분을 포함하며 착색제(coloring agent) 또는 LED 표시기를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 것과 같이, 베어링(1)에는 도 2에 도시된 타입의 복수의 측정 장치(10)가 장착될 수 있는데, 다양한 측정 장치(10)는 상이한 센서(11)를 포함하거나 및/또는 상이한 착색제를 함유할 수 있다. 게다가, 다양한 센서(11)들은 똑같은 변수를 측정하지만 나타내기 위해 상이한 한계값(limit value)들을 사용하도록 구성될 수 있다. 따라서, 측정 장치(10)중 하나는 변수가 제1 한계값을 초과하면 색상을 예를 들어 주황색으로 바꿀 수 있으며, 또 다른 측정 장치(10)는 교통 신호등 시스템에서와 같이 변수가 제1 한계값보다 더 큰 제2 한계값을 초과하면 색상을 예를 들어 빨강색으로 바꿀 수 있다.
측정 장치(10)는, 예를 들어, 변수, 가령, 온도 또는 수분 함량이 한계값을 초과할 때 배출되는 분자들에 의해 형성되거나 또는 릴리스되는 착색제와 같이, 변수에 따라 탐지가능하고 가시적 효과를 제공하도록 구성된 분자를 함유하고 있는 복수의 마이크로캡슐(24)인 활성 요소(active element)를 포함한다. 상기 효과는 비가역적이다(irreversible). 일단 분자가 릴리스되고 나면, 분자들이 마이크로캡슐(24) 안으로 다시 유입되는 것이 불가능하거나 또는 매우 어렵다. 이는 변수가 한계값을 초과하는 상황을 기억할 수도 있다는 것을 의미한다.
마이크로캡슐(24)은 겔(gel) 또는 투명 바디(transparent body)에서 베어링의 외측면으로부터 볼 수 있도록 배열되며, 분자가 릴리스되면 마이크로캡슐(24)의 색상 또는 그 주변(environment)이 변경된다. 이에 따라 전자 부품(electronic component)를 사용하지 않고도 간단하게 변수의 값의 신호를 보낼 수 있다(signal).
마이크로캡슐(24)은 측정 장치에 의해 투명 바디 내에서 분산된다(dispersed). 이에 따라 특히 외측 부분(32)에 의해 핀 내부에서 착색제 또는 그 외의 다른 현상(phenomena)이 보일 수 있게 된다.
한 실시예에서, 측정 장치는 예를 들어 RFID 태그에 의해 제공된 무선 이미터(36)를 포함한다. 이에 따라 원격 검사(remote interrogation)가 가능하다. RFID 태그의 반도체 칩은 마이크로캡슐(24)에 의해 릴리스되는 분자들에 의해 또는 직접적으로 변수를 측정하도록 구성된다. RFID 태그는 상기 장치의 센서(11)들에 의해 획득된 데이터를 처리하고 해석하기 위한 마이크로프로세서를 포함할 수도 있다.
핀의 내측 부분(30)은, 측정 장치(10)의 마이크로캡슐(24) 및 롤링 챔버(4)를 연결할 수 있는, 중간 부분, 가령, 다공성 부분(porous portion) 또는 막(membrane)을 포함한다. 따라서, 마이크로캡슐(24)이 감응하는(sensitive) 물리적 변수는 상기 마이크로캡슐(24)에 의해 직접적으로 탐지가능하다.
핀의 내측 부분(30)은 마이크로캡슐(24), 센서(11) 또는 전자 부품이 빠져나가는(escaping) 것을 방지하기 위하여 롤링 챔버에 의해 핀의 내부가 분리되게 하기 위한 수단(34)을 포함한다.
한 실시예에서, 핀은 부재(20)의 개구(22) 내에 삽입된 RFID 태그를 오버몰딩함으로써 상기 부재의 플랜지(26) 상에 직접적으로 제작된다.
본 발명에 따르면, 장착식 베어링(1)과 관련된 변수들은 롤링 챔버(4) 내에서 베어링(1)의 기능적 영역(functional zone)에 가능한 최대한 가깝게 측정되어, 이에 따라, 올바르고 정확하게 측정된 값들이 얻어질 수 있다. 장착식 베어링의 전체 크기는 최적화되는데, 특히 전선(wire)의 개수는 데이터의 전송과 전력 공급을 위해 줄어든다.
한 특정 실시예에 따르면, 본 발명으로 인해, 심지어 베어링(1)이 외측면으로부터 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20)에 의해 보호되는 경우라 할지라도(즉 캡형 베어링(capped bearing) 경우에도), 베어링(1)의 윤활(lubrication)에 관련된 변수들을 분석할 수 있다.
또한, 본 발명은 장착식 베어링(1)의 제작 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 외측 레이스(2), 내측 레이스(3) 및 롤링 바디를 제작하는 단계로 구성된 a) 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은, 개구(22)가 고무 또는 또 다른 엘라스토머 재료(28)로 오버몰딩되며 금속 플랜지(26)의 형태로 부재(20)를 제작하는 단계로 구성된 b) 단계, 가령, 가황 단계(vulcanization step)를 포함한다. 추가로, 상기 방법은 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20)의 개구(22) 내에 측정 장치(10)를 삽입하는 단계로 구성된 c) 단계를 포함한다. 마지막으로, 상기 방법은 장착식 베어링(1)을 조립하는 단계로 구성된 d) 단계를 포함한다.
장착식 베어링(1) 및 특히 측정 장치(10)는, 아래 청구항에서 정의된 것과 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도, 변형예들과 도 1 및 2로부터 상이하게 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예와 무관하게, 측정 장치(10)는 하나 이상의 센서(11)를 포함하며 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20)에 적어도 부분적으로 장착된다.
게다가, 다양한 실시예 및 변형예들의 기술적인 특징들 중 일부 또는 모두는 서로 조합될 수도 있다. 따라서, 장착식 베어링(1)은 비용, 기능, 전체 크기 및 성능에 있어서 적합하게 적용될 수 있다.

Claims (10)

  1. a) 사이에서 롤링 챔버(4)가 경계를 이루는(delimited) 외측 레이스(2)와 내측 레이스(3);
    b) 롤링 챔버(4) 내에 배열된 롤링 바디(5);
    c) 외측면으로부터 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20); 및
    d) 장착식 베어링(1)의 하나 이상의 작동 변수를 측정하도록 구성된 하나 이상의 센서(11)를 포함하는 측정 장치(10)를 포함하는 장착식 베어링(1)에 있어서,
    상기 측정 장치(10)는 외측면으로부터 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20)에 장착되는 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1).
  2. 제1항에 있어서, 측정 장치(10)는 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20) 내의 개구(22)에 삽입되며, 측정 장치(10)의 내측 부분(30)은 롤링 챔버(4)의 내부와 접촉되고 측정 장치(10)의 외측 부분(26)은 베어링의 외부로 개방되는 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1).
  3. 제2항에 있어서, 측정 장치(10)는 핀 형태로 구성되며, 핀의 내측 부분(30) 및/또는 핀의 외측 부분(26)은 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20) 내의 개구(22)의 직경보다 더 큰 직경을 가진 헤드(head) 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1).
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 외측 부분(32)은 측정된 변수를 위해 하나 이상의 표시기를 나타내기 위한 디스플레이 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1).
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 장치(10)는 장착식 베어링(1)의 물리적 변수 특성에 대해 감응하는 활성 요소(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1).
  6. 제5항에 있어서, 측정 장치(10)의 내측 부분(30)은 상기 측정 장치의 활성 요소(24)와 롤링 챔버(4)를 연결할 수 있는 중간 부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 활성 요소는 변수에 따라 탐지가능한 효과를 제공하도록 구성된 분자를 함유하는 마이크로캡슐(24)을 형성하는 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1).
  8. 제7항에 있어서, 마이크로캡슐(24)은 변수가 한계값을 초과할 때 분자를 배출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1).
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 측정 장치(10)는 무선 이미터(36)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1).
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 장착식 베어링(1)을 제작하는 방법에 있어서, 상기 방법은:
    a) 외측 레이스(2), 내측 레이스(3) 및 롤링 바디를 제작하는 단계;
    b) 개구(22)를 가진 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20)를 제작하는 단계;
    c) 롤링 챔버(4)와 분리되는 부재(20)의 개구(22) 안에 측정 장치(10)를 삽입하는 단계; 및
    d) 장착식 베어링(1)을 조립하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장착식 베어링(1) 제작 방법.
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