KR20090082270A - 롤러 베어링 - Google Patents

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KR20090082270A
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안드레아스 불프
팔크 죄렌 니슈트라트
안드레아스 호르스트만
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바스프 에스이
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Abstract

본 발명에 따르면, (i) 외측 부싱과, (ii) 다공성 폴리이소시아네이트 중부가 생성물(cellular polyisocyanate polyadduct), 그리고 (iii) 중공형 내측 부싱을 포함하는 베어링 제조 방법으로서, 외측 부싱은 반응성 폴리우레탄 시스템을 주조하거나 사출 성형하고, 이 폴리우레탄 시스템을 베어링 요소에 접착식으로 접합하는 것에 의해 제조되는 것인 베어링 제조 방법이 제공된다.

Description

롤러 베어링{ROUND BEARING}
본 발명은 (i) 바람직하게는 원통형의 외측 부싱과, (ii) 다공성 폴리이소시아네이트 중부가 생성물(cellular polyisocyanate polyadduct)을 주성분으로 하는 바람직하게는 원통형의 바람직하게는 탄성 베어링 요소, 그리고 (iii) 중공형의 바람직하게는 원통형의 내측 부싱을 포함하는 바람직하게는 원통형 베어링, 바람직하게는 롤러 베어링을 제조하는 제조 방법으로서, 상기 원통형 외측 부싱은 반응성 폴리우레탄 시스템을 주조하거나 사출 성형하고, 이 폴리우레탄 시스템을 베어링 요소에 접착식으로 접합하는 것에 의해 제조되는 것인 제조 방법에 관한 것이다. 더욱이, 본 발명은 이러한 방식으로 획득 가능한 베어링과, 본 발명에 따른 롤러 베어링을 포함하는 자동차 또는 트럭에 관한 것이다.
롤러 베어링은 자동차의 샤시 내에서 사용되고, 일반적으로 공지되어 있다. 롤러 베어링의 보조에 의해, 조립체, 샤시 구성 요소 등은 자동차에서 서로 연결되거나 차체에 연결된다. 탄성중합체 재료의 사용에 의해, 롤러 베어링은 탄성 장착의 기능을 수행한다. 다음으로, 롤러 베어링의 점성 특성으로 인해 롤러 베어링은 에너지를 소산할 수 있고, 이에 따라 진동을 감쇠시킬 수 있다. 특히, 예컨대 차체에 대한 완충 장치(shock absorber)의 연결부에 영향을 미치는 진폭이 큰 저주파 수 진동에 대해 고도의 감쇠가 요구된다. 다른 한편으로, 진폭이 작고 주파수가 높은 경우에 차량의 방음에 관련된 이유로 인해 높은 감쇠는 바람직하지 않다. 그러한 종래의 롤러 베어링의 감쇠 거동은 사용되는 탄성중합체 재료 고유의 감쇠 특성에 좌우된다. 그러한 롤러 베어링이 국제 특허 출원 공보 제WO 03/104677호, 제WO 03/104345호, 제WO 03/104326호 및 제WO 03/104676호에 설명되어 있다.
가능한 한 경제적이고, 신뢰성 있고, 유연하며, 신속한 방식으로 가능한한 매우 다양한 상이한 롤러 베어링의 제조를 허용하는 제조 방법의 개발에 있어서 특정 요건이 더 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 (i) 바람직하게는 원통형의 외측 부싱과, (ii) 다공성 폴리이소시아네이트 중부가 생성물을 주성분으로 하는 바람직하게는 원통형의 바람직하게는 탄성 베어링 요소, 그리고 (iii) 중공형의 바람직하게는 원통형의 내측 부싱을 포함하는, 상기 문제점과 요건을 해결하는 바람직하게는 원통형 베어링, 바람직하게는 롤러 베어링을 제조하는 제조 방법을 개발하는 것이었다. 특히, 상기 제조 방법은 베어링 요소의 제조와는 무관하게, 상이한 구성에 기초하는 롤러 베어링을 제조하는 데 적절해야 한다.
이들 목적은 반응성 폴리우레탄 시스템을 주조하거나 사출 성형하고, 이 폴리우레탄 시스템을 베어링 요소에 접착식으로 접합하는 것에 의해 외측 부싱을 제조함으로써 달성될 수 있다.
본 발명은, 외측 부싱이 일반적으로 공지되어 있는 RIM(Reaction Injection Molding; 반응 사출 성형) 기술에 의해 처리될 수도 있고 종래의 주형 성형 시스템으로서 처리될 수도 있는 반응성 폴리우레탄 시스템에 의해 제조되는 것을 특징으로 한다. 이것은 외측 부싱의 구성에 관하여 상당한 정도의 자유도가 존재하고, 금속 외측 부싱 재료의 사용에 관하여 접착 촉진제를 사용할 필요가 없다는 장점을 갖는다. 더욱이, 상이한 구성은 조립 공정의 초기 단계에서 품질 보장을 허용한다. 추가적으로, 몰드를 충전할 때의 비교적 낮은 압력으로 인해 셀라스토(cellasto)의 변형이 매우 적다. 더욱이, 코어 또는 다른 외측 쉘과의 접합을 동시에 실시할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 바람직하게는 베어링 요소(ii)가 내측 부싱에 접촉하도록, 바람직하게는 포밍(foaming)되거나 접착식으로 접합되도록 제조되고, 다음에 외측 부싱(i)이 반응성 폴리우레탄 시스템에 의해 제조되는 방식으로 실시된다. 대안으로서, 다른 바람직한 실시예에서는 베어링 요소(ii)에 내측 부싱(iii)을 배치하고, 이 내측 부싱을 접착식으로 접합하며, 바람직하게는 내측 부싱을 접착하고, 다음에 반응성 폴리우레탄 시스템에 의해 외측 부싱(i)을 제조하는 것이 가능하다. 더욱이, 베어링 요소에 대한 코어의 접합과 외측 부싱의 제조는 동시에 실시될 수 있다. 즉, 외측 부싱(i)이 반응성 폴리우레탄 시스템을 주조 또는 사출 성형하는 것에 의해 제조되고, 동일한 공정에서 베어링 요소(ii)가 내측 부싱(iii)에 접착식으로 접합되는 방법이 더 바람직하다.
외측 부싱을 마련하도록 주형 성형 시스템으로서 처리될 수 있고 RIM 기술에 의해 처리될 수도 있는 적절한 반응성 폴리우레탄 시스템은 일반적으로 공지되어 있고, 상업적으로 이용 가능하다. 외측 부싱은 바람직하게는 반응 사출 성형(RIM)에 의해 제조된다.
유리 섬유, 탄소 섬유, 또는 아라미드 섬유, 특히 바람직하게는 유리 섬유로 강화되는 것이 바람직한 섬유 강화 반응성 폴리우레탄 시스템을 사용하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 베어링 요소(ii)는 내측 부싱과 접촉하도록 제조, 바람직하게는 포밍되고 접착식으로 접합되며, 다음에 외측 부싱(i)이 베어링 요소(ii)에 접촉하도록 제조된다. 대안으로서, 내측 부싱(iii)은 베어링 요소(ii)에 배치되고 접착식으로 접합되며, 바람직하게는 접착되고, 다음에 외측 부싱(i)이 베어링 요소(ii)와 접촉하도록 제조된다.
본 발명에 따른 베어링에서는, 베어링 요소(ii)뿐만 아니라, 적어도 하나의 다른 베어링이 내측 부싱과 외측 부싱 사이에 존재할 수 있다. 이러한 추가의 베어링(iv)은 바람직하게는 탄성재이다. 추가의 베어링은 상이한 반경 방향에서의 베어링의 강성을 원하는 방식으로 조정하기 위한 추가의 기능재로서의 역할을 한다. 이러한 이유로, 추가의 베어링은 바람직하게는 베어링의 전체 원주에 걸쳐 사용되지 않는다. 베어링 요소(iv)는 바람직하게는 베어링 요소(ii)의 스프링 특성과는 다른 스프링 특성을 갖는다. 이것은 근본적으로 상이한 재료를 사용하거나, 예컨대 다른 베어링 요소(ii)와 비교하여 밀도를 변경하는 것에 의해 달성될 수 있다. 베어링 요소(ii)는 바람직하게는 적어도 하나의 다른 탄성 베어링 요소(iv), 특히 바람직하게는 2개의 다른 탄성 베어링 요소(iv)에 접착식으로 접합된다. 베어링 요소(iv)는 바람직하게는 외측 부싱(i)과 베어링 요소(ii) 사이에 배치된다. 베어링 요소(iv)는 바람직하게는 베어링 요소(ii)의 전체 길이에 걸쳐 축방향으로 연장된다. 바람직하게는, 베어링 요소(ii)는 베어링 요소(iv)에 의해 완전히 에워싸이지 않는다.
대안으로서, 베어링 요소(iv)는 내측 부싱(iii)과 베어링 요소(ii) 사이에 배치될 수 있으며, 베어링 요소(ii)의 전체 길이에 걸쳐 축방향으로 연장될 수 있고, 내측 부싱(iii)을 완전히 에워싸지 않을 수 있다. 베어링 요소(iv)는 바람직하게는 서로 대향하는 베어링 요소(ii)의 적어도 1개, 바람직하게는 2개의 홈에 배치되는 것이 특히 바람직하다.
베어링 요소(iv)는 사출 성형에 의해 베어링 요소(ii)와 접촉하도록 제조되는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는 경도가 50 내지 70 쇼어A인 열가소성 폴리우레탄을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 열가소성 폴리우레탄의 사출 성형과, 또한 열가소성 폴리우레탄 자체는 일반적으로 공지되어 있다.
대안으로서, 베어링 요소(iv)는 베어링 요소(ii)와 접촉하는 주조 탄성중합체로서 제조될 수 있다. 적절한 주조 탄성중합체는 특히, 상업적으로 이용 가능한 일반적으로 공지되어 있는 주조 폴리우레탄 탄성중합체이다. 이러한 주조 탄성중합체는 바람직하게는 50 내지 70 쇼어A의 경도를 갖는다. 그 후, 주조 탄성중합체를 경화한 후에 외측 부싱이 사출 성형에 의해 제조될 수 있다.
외측 부싱은 바람직하게는 1 mm 내지 10 mm의 두께를 갖는다.
베어링 요소(ii)의 표면은 일반적으로 공지되어 있는 방법에 의한 접착을 향상시키기 위해 예처리될 수 있다. 바람직하게는, 표면은 플라즈마 처리되고, 그 후에 반응성 폴리우레탄 시스템이 베어링 요소의 예처리된 표면 상에 주조되거나 사출 성형된다. 대안으로서 그리고 바람직하게는 이와 유사하게, 베어링 요소(ii)의 표면을 기계적으로 예처리한 다음, 베어링 요소의 예처리된 표면 상에 반응성 폴리우레탄 시스템을 주조하거나 사출 성형하는 것이 가능하다.
내측 부싱(iii)은 통상적인 재료, 예를 들면, 강, 철 및/또는 알루미늄과 같은 금속이나, TPU와 같은 강성 플라스틱을 주성분으로 할 수 있다. 내측 부싱(iii)은 통상 파스닝 볼트를 수용하는 내측 보어를 갖는다. 외경은 강도 고려 사항에 의해 결정된다. 내측 부싱은 바람직하게는 금속을 주성분으로 한다.
본 발명에 따른 베어링 요소(ii)는 폴리이소시아네이트 중부가 생성물, 예컨대 폴리우레탄 및/또는 폴리우레아, 예컨대 적절하다면 요소(urea) 구조를 포함할 수 있는 폴리우레탄 탄성중합체, 바람직하게는 DIN EN ISO 845에 따른 밀도가 200 내지 800 kg/m3, 바람직하게는 300 내지 600 kg/m3이고, DIN EN ISO 1798에 따른 인장 강도가 2.0 N/mm2 이상, 바람직하게는 2.5 N/mm2 이상, 특히 바람직하게는 2.5 내지 8 N/mm2이며, DIN EN ISO 1798에 따른 파단신율(elongation at break)이 200 % 이상, 바람직하게는 350 % 이상이며, DIN ISO 34-1 B, b에 따른 인열 전파 강도(tear propagation strength)가 8 N/mm 이상, 바람직하게는 8 내지 25 N/mm인 다공성 폴리우레탄 탄성중합체를 주성분으로 하는 것이 바람직하다. 탄성중합체는 바람직하게는 셀이 0.01 mm 내지0.5 mm, 특히 바람직하게는 0.01 mm 내지 0.15 mm의 직경을 갖는 폴리이소시아네이트 중부가 생성물을 주성분으로 하는 미세 다공성 탄성중합체인 것이 바람직하다. 탄성중합체는 서두에 설명한 물리적 특성을 갖는 것이 특히 바람직하다. 폴리이소시아네이트 중부가 생성물을 주성분으로 하는 탄성중합체와, 이러한 탄성중합체의 준비는, 예컨대 EP-A 062 835, EP-A 036 994, EP-A 250 969, DE-A 195 48 770 및 DE-A 195 48 771에서 일반적으로 공지되어 있고, 폭넓게 설명되었다. 탄성중합체의 준비는 통상 이소시아네이트와 이소시아네이트에 대해 반응성이 있는 화합물을 반응시키는 것에 의해 실시된다. 다공성 폴리이소시아네이트 중부가 생성물을 주성분으로 하는 탄성중합체는 통상, 반응 개시 성분이 서로 반응하는 몰드에서 제조된다. 여기에서 적절한 몰드는 일반적으로 통상의 몰드, 예컨대 그 형상으로 인해 스프링 요소의 본 발명에 따른 3차원 형상을 보장하는 금속 몰드이다. 폴리이소시아네이트 중부가 생성물의 준비는 일반적으로 공지되어 있는 방법에 의해, 예컨대 1 단계 공정 또는 2 단계 공정에서 아래의 유발제 재료를 사용하는 것에 의해 실시될 수 있다.
(a) 이소시아네이트와,
(b) 이소시아네이트에 대한 반응성이 있는 화합물과,
(c) 물, 그리고 적절하다면
(d) 촉매,
(e) 발포제(blowing agent), 및/또는
(f) 보조제 및/또는 첨가제, 예컨대 폴리실록산 및/또는 지방산 술포네이트
다공성 폴리이소시아네이트 중부가 생성물은 바람직하게는 DIN 53572에 따른 25 % 미만의 영구 압축율(Compression set)을 가지며, 사용되는 시험 견본은 실리콘 코팅이 없는 상태에서 치수가 40 mm × 40 mm × 30 mm인 입방체이고, 시험은 일정한 변형률로 실시되며, 시험 견본은 약 40 %만큼 압축되고 통과 순환 오븐에서 80℃로 22 시간 동안 유지되고, 시험 장치는 오븐으로부터 제거된 후 압축 상태로 2시간 동안 실온으로 냉각되며, 그 다음에, 시험 견본이 시험 장치로부터 제거되고, 시험 견본을 시험 장치로부터 제거한지 10분 ± 30초후에 시험 견본의 높이가 0.01 mm로 정확하게 측정된다. 베어링 요소(ii)는 바람직하게는 외측 부싱(i) 및/또는 내측 부싱(iii)에 접착식으로 접합된다. "접착식으로 접합"이라는 표현은 구체적으로 베어링 요소(ii)가, 예컨대 일반적으로 통상적인 접착제에 의해 내측 부싱(iii)에 접합되거나, 내측 부싱(iii) 상에서의 직접 팽창에 의해 발포체로서 제조된다는 것을 의미하는 것으로 이해해야 한다.
베어링 요소(ii)와, 적절하다면 베어링 요소(iv)는 내측 부싱(iii)과 외측 부싱(i) 사이에 배치된다. 각각의 요소, 즉 외측 부싱, 베어링 요소 및 내측 부싱은 바람직하게는 서로 접착식으로 접착된다.
내측 부싱, 베어링 요소 및 외측 부싱의 치수는 실질적으로 임의로 선택될 수 있으며, 바람직하게는 공지의 롤러 베어링의 치수에 좌우될 수 있다. 롤러 베어링의 길이 및 총 직경과, 내측 부싱(i)에 있는 공동의 직경은 용도 및 장착되는 대상에 좌우될 수 있다. 적절한 치수의 선택은 당업자에게 익숙하다. 내측 부싱의 바람직한 치수는 서두에서 설명하였다.
내측 부싱(i)은 30 mm 내지 100 mm의 높이와, 20 mm 내지 80 mm의 외경, 그리고 바람직하게는 8 mm 내지 20 mm의 공동 직경을 갖는 것이 바람직하다.
롤러 베어링에 의해, 특히 자동차 또는 트럭의 차체에 장착되는 적절한 대상은, 예컨대 모든 타입의 조립체, 서브프레임, 커넥팅 로드, 기어 및/또는 부속품, 바람직하게는 조립체, 커넥팅 로드 및/또는 기어, 특히 바람직하게는 후륜 차축 기어이다.
바람직하게는 감쇠 효과를 갖는 롤러 베어링을 사용하여 장착되는 이들 부품은, 예컨대 이들 부품이 나사, 볼트, 핀, 리벳 또는 다른 인터로킹 연결부나 마찰식 연결부, 바람직하게는 나사 연결부, 볼트 연결부, 핀 연결부 또는 리벳 연결부의 보조에 의해, 바람직하게는 중공형 내측 부싱의 보조에 의해 체결되는 방식으로 롤러 베어링에 체결될 수 있다.
조립체, 커넥팅 로드 및/또는 기어, 특히 바람직하게는 후륜 차축 기어는 내측 부싱(i)에 적절히 체결되는 것이 바람직하고, 이에 따라 바람직하게는 진동 감쇠 방식으로 자동차 또는 트럭의 차체에 연결되는 것이 바람직하다. 이러한 베어링이 예컨대 기어 또는 조립체의 단부판에 도입된 다음에, 차체에 연결되는 것도 고려할 수 있다.
본 발명에 따른 롤러 베어링이 도 1 내지 도 6에 도시되어 있다. 이들 도면에서, 외측 부싱은 (i)로 지시하고, 내측 부싱은 (iii)로 지시하며, 베어링 요소는 (ii)와 (iv)로 지시한다. 명확성을 더욱 기하기 위해서, 롤러 베어링은 각각의 부분이 부분적으로, 즉 분해된 상태로 도시되어 있다.

Claims (16)

  1. (i) 외측 부싱과, (ii) 다공성 폴리이소시아네이트 중부가 생성물(cellular polyisocyanate polyadduct)을 주성분으로 하는 베어링 요소, 그리고 (iii) 중공형 내측 부싱을 포함하는 베어링 제조 방법으로서, 상기 외측 부싱은 반응성 폴리우레탄 시스템을 주조하거나 사출 성형하고, 이 폴리우레탄 시스템을 베어링 요소에 접착식으로 접합하는 것에 의해 제조되는 것인 베어링 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 외측 부싱(i)은 반응 사출 성형(Reaction Injection Molding; RIM)에 의해 제조되는 것인 베어링 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 반응성 폴리우레탄 시스템은 섬유 강화되는 것인 베어링 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 베어링 요소(ii)는 내측 부싱과 접촉하도록 제조되고, 다음에 상기 외측 부싱(i)이 베어링 요소(ii)와 접촉하도록 제조되는 것인 베어링 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 내측 부싱(iii)은 베어링 요소(ii)에 배치되고, 반응 사출 성형(RIM)에 의해 베어링 요소에 접착식으로 접합되며, 다음에 외측 부싱(i) 이 베어링 요소(ii)와 접촉하도록 제조되는 것인 베어링 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 외측 부싱(i)은 반응성 폴리우레탄 시스템을 주조하거나 사출 성형하는 것에 의해 제조되고, 동일한 공정에서 상기 베어링 요소(ii)가 내측 부싱(iii)에 접착식으로 접합되는 것인 베어링 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 베어링 요소(ii)는 다른 탄성 베어링 요소(iv)에 접착식으로 접합되는 것인 베어링 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 베어링 요소(iv)는 외측 부싱(i)과 베어링 요소(ii) 사이에 배치되고, 베어링 요소(ii)의 전체 길이에 걸쳐 축방향으로 연장되며, 베어링 요소(ii)를 완전히 에워싸지 않는 것인 베어링 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 베어링 요소(iv)는 내측 부싱(iii)과 베어링 요소(ii) 사이에 배치되고, 베어링 요소(ii)의 전체 길이에 걸쳐 축방향으로 연장되며, 내측 부싱(iii)을 완전히 에워싸지 않는 것인 베어링 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 베어링 요소(iv)는 베어링 요소(ii)의 적어도 하나의 홈에 배치되는 것인 베어링 제조 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 베어링 요소(iv)는 사출 성형에 의해 베어링 요소(ii)와 접촉하도록 제조되는 것인 베어링 제조 방법.
  12. 제7항에 있어서, 상기 베어링 요소(iv)는 주조 탄성중합체로서, 베어링 요소(ii)와 접촉하도록 제조되는 것인 베어링 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 외측 부싱은 1 mm 내지 10 mm의 두께를 갖는 것인 베어링 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 베어링 요소(ii)의 표면은 플라즈마 처리되고, 그 후에 상기 반응성 폴리우레탄 시스템이 베어링 요소의 예처리된 표면 상에 주조되거나 사출 성형되는 것인 베어링 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 베어링 요소(ii)의 표면은 기계적으로 예처리되고, 그 후에 상기 반응성 폴리우레탄 시스템이 베어링 요소의 예처리된 표면 상에 주조되거나 사출 성형되는 것인 베어링 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 베어링 제조 방법에 의해 얻을 수 있는 베어링.
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