DLC 코팅 구름 베어링 케이지

구름 베어링 케이지의 마모가 심하거나 작동 조건이 변하면 구름 베어링 케이지에서 대안을 찾아야 한다. 새로운 코팅이 기존 코팅에 비해 내구성을 높이고 수명을 연장하는지, 다음 예시를 통해 알아보자. 

슈테파니 미헬

까다로운 작동 조건은 이러한 조건을 견뎌야 하는 최적화된 구동 콤포넌트가 필요하다. 구름 베어링 제조사 NKE 오스트리아가 DLC(Diamond-like Carbon, 다이아몬드상 카본) 코팅 구름 베어링 케이지를 선보였는데, 황동 케이지에 비해 높은 내구성과 긴 수명이 특징이다. 두 가지 예시를 통해 이 케이지의 장점과 프로토타입에서 틈새 제품까지 각 단계별로 설명하고자 한다.

1 NKE Stahlkaefig DLC DLC 코팅 구름 베어링 케이지
DLC 코팅을 적용한 내부링 가이드식 스틸 솔리드 윈도우 타입 케이지

속도 증가로 원심력은 커지며 케이지는 부담이 된다

첫 번째 적용 사례는 개발 시작단계부터 이루어졌는데, 고속 크랭크 드라이브에 대형 빅 엔드 베어링으로 사용된 특수 실린더 롤러 베어링이었다. 이 베어링의 원래 유효성이 입증된 내부링 가이드식 황동 솔리드 케이지(기호 MPB)를 구비한 베어링이었다. 고객은 시스템의 생산성을 높이려는 목적으로, 최대 속도 2,000min-1을 3,000min-1으로 높이기를 원했다. 이러한 조건의 실험에서 표준 MPB 케이지는 가이드면이 상당한 정도로 마모되고 케이지 웨브가 부러졌고 고작 300시간 정도의 수명으로 단축되었다. 원인은 심한 원심력 증가로 인한 케이지의 부하 때문이었는데, 그리스유로 윤활이 되는 해당 어플리케이션은 회전속도 증가로 인해 케이지 가이드 갭 사이에서 윤활제 분배에 문제가 발생하여 마모에 일조했다는 점을 확인되었다. NKE는 DLC 코팅된 내부링 가이드식 스틸 솔리드 윈도우 타입 케이지를 개발(기호 FPB 및 SQ202C)하였고. 이 케이지는 2년여에 걸친 진행된 장기간 시험에서 3,000시간이 넘는 만족스러운 수명 연장을 보였다. DLC 코팅이 가이드면 사이에서 근소하게 전이되는 것을 제외하고는, 케이지의 기계적 파괴의 전조라고 할 수 있는 마모도 거의 관찰되지 않았다. 비교를 위한 실험에서 동시에 구동한 동일한 코팅을 하지 않은 스틸 케이지는 1,000시간 후 가이드면에서 나타나는 마모와 스커핑의 뚜렷한 자국을 근거로 남기고 중지되었다.   

반경 방향 부하가 작고 축방향 부하는 높을 경우 마모가 더욱 심하다

DLC 코팅한 스틸 케이지를 사용한 두 번째 적용 예시는 운동 에너지를 비상 전류 어셈블리에 저장하기 위한 고속 드럼 베어링이었다. 원래 이 타입의 베어링은 외부링 가이드식 2-파트 황동 솔리드 케이지를 채용한 래디얼 깊은홈 볼 베어링(기호 MA)이었다. 이 경우에도 반경방향 부하는 작고, 동시에 축방향 부하는 높으며, 외부링의 회전 속도는 빠른(> 2500 min-1), 불리한 작동 조건으로 인해 케이지 기능면에서 심한 마모를 확인할 수 있었고, 이후 케이지 파손으로 이어졌다. 사용 조건을 고려하고, 손상 증상을 분석한 후, DLC 코팅한 2-파트 외부링 가이드식 스틸 솔리드 케이지(기호 FA 및 SQ202C)를 사용할 것이 권장되었다. DLC 코팅을 적용한 이 두 베어링도 실제 조건에서 900시간의 시험을 거치고 마모나 케이지의 기계적 파괴 전조가 관찰되지 않아, 이 디자인을 대량 제작으로 채택할 수 있었고, 기존 시스템에 장치를 추가로 장착하도록 진행되었다.

NKE는 모든 제조산업을 위한 표준 베어링과 특수 베어링을 제조한다. 기술, 제품 개발, 제작, 콤포넌트의 최종 가공, 조립, 품질 점검, 물류, 판매, 마케팅은 오스트리아 슈타이어에 위치한 본사에 집중되어 있고, 특수 요건에 대한 솔루션도 개발하고 제작한다. NKE는 제품 개발과 응용 기술 외에 포괄적인 기술 서비스, 컨설팅, 문서 기록, 교육도 제공하며, 이 구름 베어링은 60여 개국의 18개 대리점과 240여 판매 파트너를 통해 판매되고 있다.