KR20160140642A - 베어링용 냉각 슬리브 및 냉각 슬리브를 구비한 베어링 - Google Patents

베어링용 냉각 슬리브 및 냉각 슬리브를 구비한 베어링 Download PDF

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시몬 하거
로거 트레쉬
베르너 슈티거
롤프 볼러
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 베어링(12)용 냉각 슬리브 및 상응하는 베어링에 관한 것이며, 상기 냉각 슬리브(1)는 중앙 관통구(3)을 갖는 방사방향 플랜지(2)를 포함하고, 상기 관통 홀 내에 베어링 슬리브(11)가 특히 프레스 끼워맞춤에 의해 수용될 수 있다. 기계적 응력을 낮게 유지하기 위해, 중앙 관통구(3)로부터 방사방향 외부로 슬릿(4)이 연장한다.

Description

베어링용 냉각 슬리브 및 냉각 슬리브를 구비한 베어링{COOLING SLEEVE FOR A BEARING AND BEARING COMPRISING A COOLING SLEEVE}
본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따른 베어링, 특히 레이디얼 베어링 또는 액시얼 베어링용 냉각 슬리브 및 상응하는 냉각 슬리브를 구비한 베어링에 관한 것이다.
액시얼 베어링 및 레이디얼 베어링과 같은 베어링은 예컨대 샤프트를 하우징 내에 지지하기 위해 사용된다. 이 경우 베어링 슬리브를 통한 불충분한 열 방출은 예컨대 전기 모터의 회전자 영역 내 밴디지 및/또는 영구 자석의 사용을 제한한다. 또한, 열에 의한 길이 변동은 지지의 비대칭 및 변형을 야기할 수 있다.
열 방출을 위해 기본적으로 냉각체를 사용하는 것이 공지되어 있다. 그러나, 상기 냉각체를 통해 충분한 열 방출이 이루어질 수 있기 위해서는, 상기 냉각체가 예컨대 베어링 슬리브와 직접 접촉해야 하고, 이를 위해 통상적으로 사용되는 프레스 끼워맞춤은 베어링 슬리브의 기계적 부하를 야기한다.
DE 10 2008 017 755 A1에는 예컨대 트랜스미션용 냉각 장치가 개시되어 있고, 상기 트랜스미션은 냉각체를 포함하며, 상기 냉각체는 샤프트의 안내를 위한 관통구를 포함한다. 냉각체로부터 방사방향으로 냉각 리브가 연장된다. 상기 냉각체는 샤프트와 함께 회전하고, 추가의 냉각 효과로서 이용되며, 냉각체 또는 리브의 운동에 의해 난기류가 생긴다.
이러한 냉각체는 제한된 가용 공간에, 특히 예컨대 컴프레서 또는 전기 모터의 하우징 내부에 사용될 수 없다. 또한, 충분한 신선한 공기 공급이 필요하다. 이 경우, 냉각액에 의한 추가 냉각은 쉽게 구현될 수 없다.
본 발명의 과제는 효과적인 열 방출을 가능하게 하며, 작은 설치 공간을 필요로 하고, 베어링 슬리브의 기계적 부하를 적게 유지하는, 특히 베어링 슬리브의 유체 냉각에 의한 냉각 가능성을 제공하는 것이다.
상기 과제는 청구항 제 1항의 특징들을 포함하는 냉각 슬리브에 의해 또는 청구항 제 12항의 특징들을 포함하는 베어링에 의해 해결된다. 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 제시된다.
베어링 슬리브가 압입될 수 있는 중앙 관통구를 갖는 방사방향 플랜지를 포함하는 베어링용 냉각 슬리브에서, 본 발명에 따라, 중앙 관통구로부터 방사방향 외부로 슬릿들이 연장된다. 상기 슬릿들은 그 방사방향 외부 단부에서 폐쇄되며 관통구를 향해 개방된다. 이와 관련해서 방사방향 외부로라는 표현은, 각각의 슬릿의 외부의 폐쇄된 단부가 방사방향으로 슬릿이 시작되는 중앙 관통구보다 더 외부에 놓이는 것을 의미한다. 슬릿들은 직선으로 또는 휘어져 형성될 수 있고, 바람직한 실시예에서는 직선으로 그리고 냉각 슬리브의 길이방향 축에 대해 수직으로 연장된다. 이 경우, 베어링 슬리브로부터 냉각 슬리브를 통해 외부로의 열 흐름에 상당한 영향을 미치지 않으면서, 상기 슬릿에 의해 냉각 슬리브의 강도가 떨어진다. 따라서, 특히 프레스 끼워맞춤으로 인한 수축에 의한 베어링 슬리브의 기계적 부하가 줄어든다. 그럼에도, 양호한 열 방출을 위해 필요한, 냉각 슬리브와 베어링 슬리브 사이의 확실한 접촉이 보장될 수 있다. 베어링으로서 먼저 레이디얼 베어링이 제공되지만, 액시얼 베어링의 사용도 가능하다. 이 경우, 냉각 슬리브는 베어링 슬리브로부터 상기 냉각 슬리브와 접촉할 수 있는 베어링의 주변 하우징 벽으로의 열전달을 가능하게 한다.
바람직하게는 베어링 슬리브가 프레스 끼워맞춤에 의해 관통구 내에 지지된다. 따라서, 더 확실한 지지 및 양호한 열 전달이 보장된다. 대안으로서 또는 추가로, 베어링 슬리브는 관통구 내부에 예컨대 나사 결합, 납땜, 용접 또는 접착될 수 있다.
슬릿들이 원주 방향으로 균일하게 분포되는 것이 특히 바람직하다. 이에 따라 균일한 부하, 힘 분배 및 열 전도가 이루어진다.
바람직하게는 슬릿의 방사방향 외부 단부에 각각 확장부가 형성되고, 상기 확장부는 특히 원형으로 형성된다. 즉, 슬릿들의 방사방향 외부 단부가 확장된다. 상기 확장에 의해, 냉각 슬리브의 탄성이 더 개선되고, 특히 냉각 슬리브의 성형 시에 재료에 균일이 발생할 위험이 최소화된다.
바람직하게는 냉각 슬리브의 플랜지의 외부 가장자리에 탄성 및/또는 유연성 브래킷이 배치되고, 상기 브래킷은 축 방향 연장을 갖는다. 상기 탄성 브래킷들은 하우징에 지지를 위해 사용되므로, 열은 베어링 슬리브로부터 플랜지 및 브래킷을 통해 하우징으로 방출될 수 있다. 경우에 따라 예컨대 냉각액에 의한 브래킷의 액티브한 냉각이 제공될 수도 있다. 이 경우, 브래킷들은 예비 응력 하에서 하우징에 장착으로써 확실한 지지 및 그에 따라 양호한 열 전달이 이루어지도록 치수 설계될 수 있다. 브래킷들은 플랜지의 전체 원주에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있지만, 제공된 공간을 양호하게 이용하기 위해 브래킷들을 그룹별로 제공하는 것도 가능하다.
브래킷들은 원통형 랩(wrap)을 형성하도록 배치될 수 있다. 이 경우, 브래킷을 통해 하우징과의 방사방향 프레스 끼워맞춤이 구현될 수 있다. 특히, 냉각 슬리브는 브래킷 및 플랜지와 함께 실질적으로 C-형 길이방향 섹션을 포함한다.
바람직한 개선예에서, 브래킷은 플랜지로부터 적어도 부분적으로 외부로 기울어진다. 이로 인해, 브래킷을 예비 응력 하에 베어링의 하우징 내로 삽입하는 것이 상대적으로 간단히 이루어지며, 하우징 벽에 대한 브래킷의 면 접촉이 달성될 수 있다. 이 경우, 기울어짐은 브래킷의 성형 가능성을 개선하고, 그럼에도 열 전도에 의한 양호한 열 전달이 달성된다.
바람직하게는 플랜지가 적어도 부분적으로 원추형인 원주 벽을 포함하고, 상기 원주 벽은 브래킷의 방향으로 확장된다. 이러한 원추형 형성은 하우징 내로 냉각 슬리브의 삽입을 쉽게한다. 특히, 예비 위치 설정이 이루어질 수 있고 브래킷의 과부하가 방지될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 원추형 원주 벽과 브래킷 사이에 수축부가 형성된다. 따라서, 브래킷의 운동을 위한 충분한 공간이 제공된다. 또한, 브래킷과 플랜지의 연결 영역에서 브래킷의 재료 두께가 작게 유지됨으로써, 탄성이 상대적으로 높을 수 있다. 또한, 수축부는 냉각 슬리브를 하우징 벽에 대해 축 방향으로 고정하기 위해 스토퍼로서 사용될 수 있다.
다른 바람직한 실시예에서, 냉각 슬리브는 관형 벽을 포함하고, 상기 관형 벽은 축 방향으로 양측에서 플랜지를 지나 연장한다. 이 경우, 냉각 슬리브는 H-형 길이방향 섹션을 포함한다. 관형 벽으로부터 플랜지가 방사방향 내부로 연장되고, 상기 플랜지는 특히 중앙에, 즉 관형 벽의 단부들과 동일한 간격을 두고 배치된다. 이 경우, 상기 벽은 특히 플랜지와 일체형으로 형성된다.
관형 벽은 냉각 슬리브의 큰 면적의 열 방출을 가능하게 한다. 예컨대, 관형 벽은 하우징과 면 접촉할 수 있다.
바람직한 실시예에, 벽의 외부면에 리브들이 새겨진다. 따라서, 열 방출을 위해 확대된 표면이 제공된다. 또한, 리브들을 통해 예컨대 냉각액을 안내하고 따라서 열을 액티브하게 냉각 슬리브로부터 방출하는 것이 가능하다. 냉각액이 특히 리브들 사이로 안내됨으로써, 냉각액은 냉각 슬리브와 하우징 사이를 통해 흐를 수 있다. 이를 위해, 리브들은 특히 원주 방향으로 형성될 수 있다.
바람직하게는 벽의 축 방향 단부에 시일을 수용하기 위한 링 홈들이 형성된다. 링 홈들은 특히 원주 방향으로 형성된다. 특히 레이디얼 시일 또는 액시얼 시일로서 형성된 상기 시일에 의해, 냉각 슬리브와 하우징 사이의 밀봉 방식 폐쇄가 형성될 수 있으며, 이 경우 벽에 대한 냉각 슬리브의 직접적인 지지는 필요 없다. 따라서, 재료 공차 및 제조 공차가 보상될 수 있고, 냉각 슬리브의 기계적 부하가 적게 유지된다. 특히 O-링으로서 형성된 시일들은 하우징 및 냉각 슬리브의 기계적 분리를 가능하게 한다.
바람직하게는 벽의 영역에서 재료 두께가 플랜지의 영역에서보다 더 작다. 따라서, 벽은 상대적으로 낮은 강도를 갖는다. 따라서, 기계적 부하 및 응력의 전달이 적게 유지된다.
상기 과제는 냉각 슬리브를 갖는 베어링에 의해, 베어링 슬리브가 냉각 슬리브의 관통구 내로 압입됨으로써 해결된다. 따라서, 냉각 슬리브가 베어링 슬리브에 확실하게 고정되고, 예컨대 프레스 끼워맞춤에 의해 양호한 열 전달이 보장된다. 냉각 슬리브의 고정은 예컨대 접착, 납땜, 용접 또는 나사 결합에 의해 이루어질 수 있다. 냉각 슬리브는 방사방향 열 방출을 허용하도록 형성된다. 이를 위해, 냉각 슬리브는 상응하는 열전도성 재료를 포함하며, 예컨대 박판 부품으로서 또는 주조 부품으로서 형성된다.
줄어든 또는 확대된 직경을 가진 베어링 슬리브의 영역에 냉각 슬리브가 배치되는 것이 특히 바람직하고, 이 경우 베어링 슬리브 및 냉각 슬리브는 하우징 벽에 방사방향 및/또는 축 방향으로 장착될 수 있다. 따라서, 중단 없는 열 흐름이 달성될 수 있다. 경우에 따라, 액티브한 열 방출을 위해, 냉각액은 하우징 벽과 냉각 슬리브 사이를 통해 안내될 수 있다. 그러나, 냉각 슬리브를 예비 응력 하에 하우징 벽에 장착함으로써 열을 직접 전달하는 것도 가능하다.
상응하는 냉각 슬리브를 갖는 상기 방식의 베어링에 대한 바람직한 사용 분야는 특히 가역 열 펌프 내에 사용되는 예컨대 터보 컴프레서이다. 이러한 터보 컴프레서의 경우, 베어링 슬리브 내에 지지된 샤프트의 정확하고 신속하며 고출력의 회전이 요구된다. 이를 위해, 본 발명에 따른 냉각 슬리브에 의해 구현될 수 있는, 특히 베어링 슬리브로부터의 충분한 열 방출이 필요하다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들이 도면을 참고로 상세히 설명된다.
도 1은 제 1 실시예에 따른 냉각 슬리브의 사시도.
도 2는 도 1에 따른 냉각 슬리브의 측면도.
도 3은 도 1에 따른 냉각 슬리브의 정면도.
도 4는 도 1에 따른 냉각 슬리브를 구비한 베어링.
도 5는 냉각 슬리브의 제 2 실시예의 사시도.
도 6은 도 5에 따른 냉각 슬리브의 절단된 측면도.
도 7은 도 5에 따른 냉각 슬리브의 정면도.
도 8은 도 5에 따른 냉각 슬리브를 구비한 베어링.
도 1에는 중앙 관통구(3)를 갖는 방사방향 플랜지(2)를 포함하는, 레이디얼 베어링으로서 형성된 베어링용 냉각 슬리브(1)가 도시되어 있다. 관통구 내에 베어링 슬리브가 압입됨으로써, 상기 베어링 슬리브는 관통구(3)의 영역에서 플랜지(2)의 내부면에 면 접촉된다. 이로 인해, 베어링 슬리브로부터 플랜지(2) 및 그에 따라 냉각 슬리브(1)로 양호한 열 방출이 가능하다.
플랜지(2) 내에 다수의 슬릿(4)이 원주 방향으로 균일하게 분포되어 형성되고, 상기 슬릿들(4)은 방사방향 내부로 관통구(3)를 향해 개방되지만, 방사방향 외부로는 폐쇄되어 있다. 슬릿들은 그 방사방향 외부 단부에 원형 확장부(5)를 갖는다.
플랜지(2)의 외부 가장자리(6)에는 탄성적으로 휘어질 수 있는 브래킷들(7)이 배치되고, 상기 브래킷들은 실질적으로 축 방향으로 연장된다. 브래킷들(7)은 방사방향 외부로 기울어진 영역(8)으로 플랜지(2)에 연결된다. 이로 인해, 브래킷들(7)은 방사방향 예비 응력 하에 하우징에 장착될 수 있다.
도 2에는 도 1에 따른 냉각 슬리브(1)의 측면도가 도시되어 있다. 나타나는 바와 같이, 플랜지(2)는 부분적으로 원추형인 원주 벽(9)을 포함하고, 상기 원주 벽(9)은 브래킷(7)의 방향으로 확장된다. 원추형 원주 벽(9)과 브래킷(7) 사이에 수축부(10)가 형성됨으로써, 원추형 원주 벽(9)은 브래킷(7)의 탄성에 영향을 주지 않는다.
도 3에는 도 1에 따른 냉각 슬리브(1)가 측면도로 도시되어 있다. 나타나는 바와 같이, 브래킷(7)은 가상 실린더 벽 상에 놓인다. 이 실시예에서 브래킷(7)은 각각 4개의 브래킷의 그룹으로 통합된다. 물론, 다른 실시예도 가능하다.
도 4는 레이디얼 베어링으로서 형성된 베어링(12)의 베어링 슬리브(11)와 함께 냉각 슬리브(1)의 조립 상태를 도시한다. 냉각 슬리브(1)는 줄어든 직경을 갖는 영역(13)에서 베어링 슬리브(11) 상으로 가압된다. 원주 측에서 또는 방사방향으로 냉각 슬리브(1)의 브래킷(7)이 그리고 베어링 슬리브(11)가 하우징 벽(14)에 접촉한다. 이에 따라 베어링 슬리브(11)로부터 냉각 슬리브(1)를 통해 하우징 벽(14)으로 열이 방출될 수 있다.
도 5에는 냉각 슬리브(1)의 제 2 실시예가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 4에 도시된 제 1 실시예의 냉각 슬리브와는 달리, 도 5에 따른 냉각 슬리브는 실질적으로 C-형 길이방향 섹션을 포함하지 않고, H-형 길이방향 섹션을 포함한다. 플랜지(2)는 관형 벽(15)의 내부 중앙에 배치되고, 특히 벽(15)과 일체형으로 형성된다. 플랜지(2)는 냉각 슬리브(1)의 제 1 실시예에서와 같이 슬릿(4)을 포함한다. 관형 벽(15)의 외부면에 리브들(16)이 새겨짐으로써, 채널이 형성되고, 상기 채널을 통해 냉각액이 안내됨으로써, 열이 액티브하게 냉각 슬리브로부터 멀리 전달된다. 유입부 및 유출부의 영역에서, 냉각액의 분배를 개선하기 위해, 리브들이 중단되거나 오프셋될 수 있다.
예컨대 제 2 실시예의 냉각 슬리브(1)의 측면도를 도시하는 도 6에서 나타는 바와 같이, 벽의 축방향 단부들에 각각 하나의 링 홈(17, 18)이 형성되며, 상기 링 홈은 시일의 수용을 위해 사용된다. 상기 방식의 시일은 예컨대 O-링이다. 상기 방식의 시일에 의해, 리브들(16)을 갖는 링 홈들(17, 18) 사이의 영역에 냉각액이 공급되고, 냉각 슬리브와 하우징 벽 사이에 포함된 냉각액의 축 방향 배출은 링 홈들(17, 18) 내에 배치된 시일에 의해 방지된다. 하우징 내에 또는 하우징 벽 내에 냉각액용 공급 채널들 또는 배출 채널들이 형성될 수 있다.
도 7은 도 5에 따른 냉각 슬리브(1)의 측면도를 도시한다.
도 8에서 냉각 슬리브(1)는 장착 상태로 도시되며, 장착 상태에서 냉각 슬리브(1)는 베어링 슬리브(11) 상으로 가압된다. 링 홈들(17, 18) 사이에 냉각액이 존재하는 것이 개략적으로 도시된다. 화살표(19)는 베어링 슬리브(11)로부터 냉각 슬리브(1)를 통해 냉각액으로 그리고 하우징 벽(15)으로 열 전달을 상징한다.
본 발명에 따른 냉각 슬리브는 큰 설치 공간을 필요로 하지 않으면서, 베어링 슬리브로부터 효과적인 열 방출을 가능하게 한다. 예컨대 프레스 끼워맞춤에 의해 베어링 슬리브에 냉각 슬리브의 확실한 지지가 이루어진다. 슬릿들에 의해 달성된 냉각 슬리브의 플랜지의 탄성으로 인해, 베어링 슬리브에 작용하는 힘이 적게 유지됨으로써, 기계적 장애도 적게 유지된다. 냉각 슬리브로부터 하우징 벽으로 열 전달을 위해, 브래킷을 이용해서 하우징 벽에 냉각 슬리브의 지지 및 그에 따라 직접적인 열전달 또는 냉각액을 이용한 열방출이 이루어지고, 하우징 벽과 냉각 슬리브 사이에 기계적 접촉이 형성되지 않는다. 따라서, 냉각 슬리브를 통해 응력이 베어링으로 또는 하우징 벽으로 도입되지 않는다.
본 발명은 설명된 실시예로 제한되지 않는다. 예컨대, 도 5 내지 도 8에 도시된 냉각 슬리브의 실시예는 냉각 슬리브가 C-형 길이방향 섹션을 갖도록 변형될 수도 있다. 또한, 도 1 내지 도 4에 따른 실시예에서 브래킷의 개수도 변경될 수 있다. 또한, 본 발명은 액시얼 베어링 및 레이디얼 베어링과 함께 사용될 수 있다.
2 플랜지
3 관통구
4 슬릿
5 확장부
7 브래킷
9 원주 벽
10 수축부
11 베어링 슬리브
12 베어링
14 하우징 벽
15 벽
16 리브

Claims (13)

  1. 베어링 슬리브(11)가 압입될 수 있는 중앙 관통구(3)를 갖는 방사방향 플랜지(2)를 포함하는, 베어링(12)용 냉각 슬리브에 있어서,
    상기 중앙 관통구(3)로부터 방사방향 외부로 슬릿(4)이 연장되는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 베어링 슬리브(11)가 프레스 끼워맞춤에 의해 상기 관통구(3) 내에 수용될 수 있는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 슬릿(4)의 방사방향 외부 단부에 각각 확장부(5)가 형성되고, 상기 확장부(5)는 특히 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜지(2)의 외부 가장자리에 탄성 및/또는 유연성 브래킷들(7)이 배치되고, 상기 브래킷들(7)은 축 방향 연장을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 브래킷(7)은 상기 플랜지(2)로부터 적어도 부분적으로 외부를 향해 기울어지는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 플랜지(2)는 적어도 부분적으로 원추형인 원주 벽(9)을 포함하고, 상기 원주 벽(9)은 상기 브래킷(7)의 방향으로 확장되는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 원추형인 원주 벽(9)과 상기 브래킷(7) 사이에 수축부(10)가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 슬리브는 관형 벽(15)을 포함하고, 상기 벽(15)은 축 방향으로 양측에서 상기 플랜지(2)를 지나 연장하는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 벽(15)의 외부면에 리브들(16)이 새겨지는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 벽(15)의 축 방향 단부의 영역에 시일의 수용을 위한 링 홈들(17, 18)이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 벽(15)의 영역에서 재료 두께는 상기 플랜지(2)의 영역에서보다 더 작은 것을 특징으로 하는 냉각 슬리브.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 냉각 슬리브를 구비한 베어링에 있어서, 베어링 슬리브(11)가 상기 냉각 슬리브(1)의 관통구(3) 내로 삽입되는 것을 특징으로 하는 베어링.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 냉각 슬리브(1)는 변경된 직경을 가진 상기 베어링 슬리브(11)의 영역(13)에 배치되고, 상기 베어링 슬리브(11) 및 상기 냉각 슬리브(1)는 하우징 벽(14)에 장착 가능한 것을 특징으로 하는 베어링.
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