KR20170138485A - 롤링 베어링을 위한 회전체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤링 베어링용으로 볼록한 단부면(7)을 갖는 원통형 회전체(4), 특히 고속의 축 방향 니들 베어링을 위한 베어링 니들의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 이하의 단계, 즉 a) 회전체(4)의 회전체 길이(L)에 상응하는 직경(D)을 갖는 구형 블랭크(5)를 제조하는 단계; b) 회전체(4)의 사전 설정된 직경(d)이 되도록 구형 블랭크(5)를 원통형으로 연삭하는 단계를 포함하며, 이때 피크 없는 외부원-플런지 연삭 또는 피크 없는 외부원-스루피드 연삭이 사용된다. 또한, 본 발명은 이러한 방법에 의해 제조된 회전체에 관한 것이다.

Description

롤링 베어링을 위한 회전체의 제조 방법

본 발명은 롤링 베어링용으로 볼록한 단부면을 갖는 원통형 회전체, 특히 축 방향 고속 니들 베어링을 위한 베어링 니들의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법에 의해 제조된 회전체, 이러한 유형의 회전체를 구비한 롤링 베어링 및 이의 이용에 관한 것이다.

변속기에는 축 방향 니들 베어링에 의한 평 베어링의 사용이 증가되고 있다. 이는, 베어링 마모가 감소됨으로써, 예컨대 자동차에 사용하는 경우에 결과적으로는 연료 절감이 달성되는 장점이 있다.

변속기에 적용되는 경우, 10,000 min^-1에까지 이르는 높은 베어링 회전수에 도달하는데, 이에 의해 회전체에는 반경 방향으로 6,000배에까지 이르는 중력 가속도가 작용하고, 이러한 중력 가속도는 회전체를 둘러싸는 회전체 케이지에 의해 반경 방향으로 수용되어야 한다. 전형적으로 회전체는 회전체의 단부면에 대한 품질 요건이 높은 베어링 니들이고, 전형적으로 베어링 니들은 2 mm 미만의 직경과 4 mm 미만의 길이를 갖는다.

현재, 베어링 니들은 산업 분야 및 자동차 분야에서 생산성이 높은 제조 방법을 이용한 대량 생산품으로서 제조된다. 베어링 니들의 통상적인 제조 방법은, 우선 금속 블랭크를 신장을 통해 사전 설정된 예비 연마 직경으로 와이어를 생성하는 방식으로 수행된다. 이어서, 절단 공구에 의해 와이어로부터 적합한 길이의 조각으로 절단한다. 이렇게 생성된 와이어 조각은 경화되고 연마되고 연삭되고 초정밀 가공된다. 절삭은 매우 높은 속도에서 고속 절단기에 의해 이루어진다. 이 경우, 니들 단부면에는 전형적으로 기술상 발생하는 절단 윤곽이 발생한다. 절단 윤곽의 형성은 단면 영역에서 와이어의 안내 특성에 강하게 좌우되고 절단 공구의 마모 상태 및 와이어의 직경 자체에도 강하게 좌우된다.

검사대에서 시험한 바에 따르면, 이러한 방식으로 제조된 회전체 또는 베어링 니들은 매우 고속의 축 방향 니들 베어링에 적합하지 않은 것으로 판명되었다. 베어링 니들의 규정되지 않은 단부면 윤곽이 케이지의 회전체 포켓의 반경 방향 접동 위치에 강한 기계적 부하를 야기하고, 이는 결과적으로 축 방향 니들 베어링의 만족스럽지 못한 짧은 수명을 초래한다. 니들 단부면이 연삭되고 복잡한 가공 공정을 통해 평활하면서 라운딩되어야만 니들 단부면의 추가로 수행되는 최적화가 성공적일 수 있다.

문헌 DE 10 2006 041 586 A1에는 이러한 기술상의 문제에 천착하여, 축 방향 니들 베어링 케이지의 모든 포켓 내에 하나의 베어링 니들과 하나의 베어링 볼을 반경 방향으로 서로 앞뒤로 배치하여 해결하고 있는데, 이 경우 베어링 니들은 반경 방향 내측에, 베어링 볼은 반경 방향 외측에 배치된다. 이를 통해, 규정되지 않은 단부 윤곽을 갖는 베어링 니들이 높은 회전 속도에서도 케이지를 파괴하지 않는 것이 보장될 수 있다. 그러나, 이러한 축 방향 니들 베어링은, 추가로 필요한 볼이 제조 비용을 상승시키는 단점이 있다.

이러한 배경에서 본 발명의 과제는, 롤링 베어링을 위해 볼록한 단부면을 갖는 회전체의 제조 방법으로서 대량 생산에 적합하고 저렴한 비용으로 작동될 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는 이러한 제조 방법에 의해 제조된 회전체를 제공하는 것이다. 마지막으로 본 발명의 과제는 이러한 유형의 회전체를 갖는 롤링 베어링 및 이의 이용을 제공하는 것이다.

이러한 과제는 롤링 베어링용으로 볼록한 단부면을 갖는 원통형 회전체, 특히 고속의 축 방향 니들 베어링을 위한 베어링 니들의 제조 방법에 의해 해결되는데, 상기 방법은

a) 회전체의 회전체 길이(L)에 상응하는 직경(D)을 갖는 구형(spherical shaped) 블랭크를 제조하는 단계와,

b) 회전체의 사전 설정된 직경(d)이 되도록 구형 블랭크를 원통형으로 연삭하는 단계로서, 이때 피크 없는 외부원-플런지 연삭(plunge grinding) 또는 피크 없는 외부원-스루피드 연삭(throughfeed grinding)이 사용되는 단계를 포함한다.

볼록한 단부면을 갖는 원통형 회전체를 제조하기 위해 피크 없는 외부원-플런지 연삭 또는 피크 없는 외부원-스루피드 연삭을 사용함으로써, 특히 저렴한 비용에서 비용 효율적인 대량 생산이 가능하다.

피크 없는 외부원-플런지 연삭 및 피크 없는 외부원-스루피드 연삭을 위한 연삭 방법은, 예컨대 http://www.hermle-schleiftechnik.de/pages /de_spitzenlos_durchlaufschleifen.php 또는 http://www.hermle-schleiftechnik. de/pages/de_spitzenlos_einstechschleifen.php에 이미 공지되어 있다.

본 발명에 따라, 전형적으로 회전체 구로서 제공되는 바와 같은 대량 생산품인 구형 블랭크가 사용되고, 이어서 원통형으로 연삭되어 사전 설정된 직경(d)이 되도록 제조된다. 이 경우, 구의 직경(D)은 회전체의 길이(L)에 상응한다. 블랭크의 재료 및 열처리는 회전체에 적합하게 선택된다.

블랭크로서 회전체 구를 사용하면, 회전체 구가 이미 정확하고 복잡하게 평활 처리된 표면을 갖추고 있기 때문에 유리하다. 구의 반경은 회전체의 볼록한 단부면의 반경에 상응하고, 이때 회전체는 기하 구조적으로 중심에서 볼록하게 결정되고 후속 가공 없이 최고의 표면 품질을 갖는다. 베어링 니들의 길이 공차가 전형적으로 ㎛ 범위로 분류되는 구의 직경보다 수 배 더 크기 때문에, 구는 정확하게 분류될 필요가 없다. 따라서, 롤링 베어링에 사용되는 구보다 비용상 저렴한 구가 사용될 수 있다.

또한, 본 발명의 과제는 본 발명에 따른 방법에 의해 제조된, 볼록한 단부면을 갖는 원통형 회전체에 의해 해결된다. 다양한 방식으로 제조된, 롤링 베어링용으로 볼록한 단부면을 갖는 원통형 회전체는, 볼록한 규정된 단부면 윤곽이 중심에 존재하는 것이 필요한 모든 곳에 사용될 수 있다. 이는 특히 상응하게 높은 원심력을 갖는 비교적 높은 베어링 회전수에 노출되는 축 방향 베어링의 경우에 해당된다.

이 경우, 원통형 회전체는 특히 2 mm 미만의 직경(d)과 4 mm 미만의 길이(L)를 갖는 베어링 니들로서 제조된다. 그러나 또한, 환상형(toroidal shaped) 베어링을 위한 통형(barrel shaped) 회전체도 설명된 방식으로 제조될 수 있다.

길이(L) 대 직경(d)의 비는 경제적인 이유로 3:1을 초과하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 과제는 롤링 베어링, 특히 축 방향 니들 베어링 또는 환상형 베어링을 위해, 이들 베어링이 케이지와 본 발명에 따른 회전체를 갖는 회전체 림을 포함함으로써 해결된다. 이러한 유형의 롤링 베어링은 특히 저렴한 비용으로 제조될 수 있고 높은 회전수에서 작동될 수 있다.

본 발명에 따른 롤링 베어링은 10,000 rpm에까지 도달하는 베어링 회전수에서 사용되는 것이 보장되었다.

이제, 본 발명은 도 1 내지 4에 의해 예시적으로 설명된다.

도 1은 케이지 포켓 내에 수용된 베어링 니들을 갖는 케이지를 구비한 축 방향 베어링의 회전체 림의 축 방향 평면도이고,
도 2는 구형 블랭크 및 이로부터 제조된 회전체의 단면도이며,
도 3은 피크 없는 외부원-플런지 연삭 또는 피크 없는 외부원-스루피드 연삭을 이용한 방법의 측면도이고,
도 4는 피크 없는 외부원-스루피드 연삭을 이용한 방법의 3차원도이다.

도 1에는 케이지(2) 및 포켓(3)을 구비한 축 방향 베어링의 회전체 림(1)의 축 방향 평면도가 도시되어 있고, 포켓 내에는 각각 하나의 원통형 회전체(4)가 베어링 니들의 형태로 수용되어 있다. 회전 속도가 매우 높은 경우에 회전체로부터 유래하는 반경 방향 힘은 포켓(3)의 반경 방향 외측 경계면(6)에 의해 파손 없이 수용되어야 한다. 이러한 목적을 위해 회전체(4)의 축 방향 단부는 각각 하나의 볼록한 단부면(7)을 갖고, 이 단부면은 회전체(4)가 포켓(3)의 이러한 외측 경계면(6) 내로 구멍을 내지 않도록 높은 표면 품질을 갖는다. 베어링 니들의 직경(d)은 전형적으로 2 mm 미만인 반면, 길이(L)는 4 mm 미만이다. 직경(d)에 대한 길이(L)의 비는 경제적 이유로 인해 3:1보다 크지 않다.

도 2에는 구형 블랭크(5) 및 이로부터 제조된 회전체(4)의 단면도가 도시되어 있다. 본 실시예에서 구형 블랭크(5)로부터 회전체(4)를 제조하는 것은 롤링 베어링 구로부터 이루어진다. 회전체(4)의 길이(L)는 구형 블랭크(5)의 직경(D)에 상응하는 반면, 회전체(4)의 직경(d)은 자유롭게 사전 설정될 수 있다. 회전 축(8)을 갖는 회전체(4)는 빗금친 영역(9)의 연삭을 통해 직경(d)으로 제조되고, 이때 회전체(4)의 볼록한 단부면(7)은 구형 블랭크(5)의 반경을 가지며 전혀 후속 가공될 필요가 없다. 도 2에는 직경이 2.25 mm인 구형 블랭크(5)의 확대도가 도시되는데, 이로부터 길이(L)가 2.25 mm이고 직경(d)이 1 mm인 베어링 니들(4)이 제조된다. 이 경우, 블랭크(5)의 연삭은, 대량 제작을 위한 방법이 사용될 수 있는 피크 없는 외부원-플런지 연삭 또는 피크 없는 외부원-스루피드 연삭에 의해 이루어진다.

도 3에는 구형 블랭크(5)에 대해 피크 없는 외부원-플런지 연삭 또는 피크 없는 외부원-스루피드 연삭을 이용한 본 발명에 따른 방법이 측면도로 도시되어 있다. 이 경우, 블랭크(5)는 클램핑 고정되는 것이 아니라, 회전 축(10a)을 중심으로 화살표 방향으로 회전하는 연삭 휠(10)과 회전 축(11a)을 중심으로 화살표 방향으로 회전하는 조절 휠(11) 사이에 안내되어 여기서 아래로부터 레일(12)에 의해 유지된다. 연삭 휠(10)과 조절 휠(11) 사이로 각각 단지 하나의 블랭크(5)가 안내되어 가공되는 플런지 연삭은, 레일(12) 상에서 차례로 열을 지어 배치된 복수의 블랭크(5)가 연삭 휠(10)과 조절 휠(11) 사이로 레일(12)에 의해 차례로 이송되는 스루피드 연삭과 구분된다. 이 경우, 레일(12)의 운동은 도 3에서 z-축 방향으로, 즉 도면 평면인 x-y 평면에 대해 수직으로 이루어진다.

도 4에는 피크 없는 외부원-스루피드 연삭을 이용하는 도 3에 따른 방법의 3차원도가 도시되어 있다. 앞의 도면들에서와 동일한 도면 부호들은 동일한 부재를 표시한다. 레일(12)은 복수의 구형 블랭크(5)를 연삭 휠(10)과 조절 휠(11) 사이로 이송시키는데, 그곳에서 블랭크(5)는 연삭 가공에 의해 원통형 회전체(4)로 가공된다. 이러한 방법의 경우 높은 작업 처리량이 달성될 수 있다. 회전체(4)의 볼록한 단부면(7)은 연삭 가공 이후에 구형 블랭크(5)의 반경을 가지며 전혀 추가로 후속 가공될 필요가 없다.

상술된 도면의 설명, 청구범위 및 명세서에 언급된 모든 특징들은 개별적으로뿐만 아니라 서로 임의의 조합으로도 사용될 수 있고, 예컨대 볼 롤러의 제조에서와 같은 프로파일링된 조절 휠(이송 스크류)도 포함한다. 따라서, 본 발명은 기재되고 청구된 특징들의 조합에 국한되는 것이 아니라, 오히려 모든 특징 조합이 기재된 것으로 보아야 한다.

1 회전체 림
2 케이지
3 포켓
4 회전체
5 구형 블랭크
6 포켓의 반경 방향 외측 경계면
7 회전체의 볼록한 단부면
8 회전체의 축
9 구형 블랭크의 연삭 영역
10 연삭 휠
10a 연삭 휠의 회전 축
11 조절 휠
11a 조절 휠의 회전 축
12 레일
D 구형 블랭크의 직경
L 회전체 길이
d 회전체의 직경

Claims (6)

1. 롤링 베어링용으로 볼록한 단부면(7)을 갖는 원통형 회전체(4), 특히 축 방향 고속 니들 베어링을 위한 베어링 니들의 제조 방법으로서,
   a) 회전체(4)의 회전체 길이(L)에 상응하는 직경(D)을 갖는 구형 블랭크(5)를 제조하는 단계와,
   b) 회전체의 사전 설정된 직경(d)이 되도록 구형 블랭크(5)를 회전체(4)의 원통형으로 연삭하는 단계로서, 이때 피크 없는 외부원-플런지 연삭 또는 피크 없는 외부원-스루피드 연삭이 사용되는 단계를
   포함하는 원통형 회전체의 제조 방법.
2. 제1항에 따른 방법으로 제조된, 볼록한 단부면(7)을 갖는 원통형 회전체(4).
3. 제2항에 있어서, 2 mm 미만의 직경(d)과 4 mm 미만의 길이(L)를 갖는 베어링 니들로서 제조되는 원통형 회전체(4).
4. 제3항에 있어서, 길이(L) 대 직경(d)의 비가 3:1을 초과하지 않는 원통형 회전체(4).
5. 케이지(2)와, 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 회전체(4)를 갖는, 회전체 림(1)을 포함하는 롤링 베어링, 특히 축 방향 니들 베어링 또는 환상형(toroidal shaped) 베어링.
6. 베어링 회전수가 10,000 rpm에까지 도달하는 제5항에 따른 롤링 베어링의 이용.

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