베어링의 중요성이 점점 더 커지고 있다

다른 산업과 마찬가지로 구름 베어링 산업도 디지털화와 전기화의 변혁을 겪고 있다. 구름 베어링 자체도 변하고 있으며 제조사도 마찬가지이다. SKF와 Schaeffler의 대표가 이러한 추세에 대한 자신들의 입장을 이야기하였다.

국제 베어링 전문가 회의인 2018년 베어링 월드 컨퍼런스에 앞서 두 후원사인 SKF와 Schaeffler의 대표와 인터뷰를 진행하였다. Schaeffler의 중앙 개발 책임자인 Dr. 아르보가스트 그루나우와 SKF의 자동차 & 항공우주 사장인 베른트 슈테판은 연구분야에 대한 통찰을 제공하고 구름 베어링의 도전 과제는 어디에 있는지 토론하였다.

SCHAEFFLER, DR. ARBOGAST GRUNAU
Dr. 아르보가스트 그루나우는 파더본 대학에서 기계공학을 전공하였으며, 동 대학에서 박사 학위를 취득하였다. 1987년 Schaeffler의 테크닉스 센터에서 일을 시작하였고, 2005년부터 Schaeffler에서 제품개발 책임을 맡았다. 2013년에 Schaeffler AG의 중앙 R&D로 옮겼으며, 2014년 말부터 구동기술연구협회 회장직을 맡았다. 현재 슈투트가르트 기계요소 협회에서 강사로 지도하고 있다.

MM: 연구 개발에 있어 어디에 중심을 두고 있습니까?
Schaeffler, 아르보가스트 그루나우: 우리는 „내일의 모빌리티“ 형성을 위해 적극 동참하고 있습니다. 따라서 4가지 핵심 영역으로 „친환경적인 드라이브, 도시 이동성, 도시 간 이동성, 에너지 체인을 결정했습니다. 당사는 재료와 표면 기술, 시뮬레이션 같은 다양한 영역에서 전체 시스템이 어떻게 거동하는지 연구하고 있습니다. 코팅도 갈수록 중요한 역할을 하고 있습니다. 이 분야에 대한 당사의 노하우로 고객들에게 다양한 유형의 코팅을 제공하고 있습니다. 예를 들면 마찰이나 화이트 에칭 크랙(White Etching Cracks, WEC)에 대한 취약성을 최소화시키는 코팅입니다. 또한 인더스트리 4.0 컴포넌트로서 구름 베어링이나 전기 이동성을 위한 구름 베어링의 역할이 연구의 핵심 주제입니다.
SKF, 베른트 슈테판: 우리는 내연기관에서 복잡한 하이브리드 드라이브와 전기 드라이브로 옮겨가는 자동차 파워트레인의 변화에 주목하고 있습니다. 이를 위해 특성이 다른 새로운 구름 베어링이 필요합니다. 우리는 이러한 트랜드에 올바른 파트너가 되기 위해 적합한 베어링과 씰을 제공하고 있습니다. 세라믹 전동체를 갖는 새로운 하이브리드 베어링이 여기에 속합니다. 미래의 고회전 전기 드라이브는 높은 에너지 밀도로 인해 새로운 컴포넌트가 필요하기 때문입니다. 이러한 베어링을 위해 당사의 GBLM (General Bearing Life Model, 일반 베어링 라이프 모델)으로 수명을 계산할 수 있습니다.

MM: 인더스트리 4.0이 베어링의 발전에 어떤 영향을 끼치고 있습니까?
슈테판: SKF에게 있어서 인더스트리 4.0은 아이디어 단계에서 디지털트윈을 이용한 제품과 프로세스의 3D 모델, 시뮬레이션과 시험, 제조 프로세스, 품질 관리, 물류에 이르기까지 PLM (Product Lifecycle Managements, 제품 라이프 사이클 관리)의 완전한 디지털화와 자동화를 의미합니다. 궁극적으로 사용 중 성능, 서비스, 유지보수, 마지막 재활용까지 여기에 속합니다. 우리는 우리가 하는 모든 것을 디지털화하고, 빅 데이터와 데이터 분석의 이점을 활용하기 위해 모든 시스템을 자동화하고 서로 연결되어야 합니다.
그루나우: 우리 Schaeffler는 센서가 장착된 당사 메카트로닉스 제품을 인더스트리 4.0과 디지털 서비스를 위한 인에이블러라 생각합니다. 베어링이 어플리케이션 성능의 중요한 부분을 결정하기 때문입니다. 당사 베어링은 프로세스와 기계를 모니터링하기 위한 데이터 수집기로서 중요한 역할을 합니다. 이런 이유로 디지털 부가가치를 창출하기 위해 모든 단계를 파악하는 하드웨어와 소프트웨어, IT 인프라를 제공하고 있습니다.

SKF, BERND STEPHAN
베른트 슈테판은 1956년에 태어나 에센 대학에서 공부하였다. 1980년부터 1994년 SKF에 오기 전까지 자동차 산업의 관리직에서 근무하였다. 2001년부터 2013년까지 SKF에서 상용차 사업을 이끌었고, 이후 재생 에너지 분야를 근무하였다. 2015년부터 2017년 3월 자동차 & 항공우주 사장으로 임명될 때까지 R&D 분야를 맡았다.

MM: 미래의 구름 베어링을 위한 구동기술의 도전 과제는 무엇입니까?
슈테판: 새롭고 까다로운 어플리케이션인 경우 구름 베어링의 성능과 신뢰성은 항상 도전 과제였습니다. 우리는 이러한 새로운 요구조건에 항상 베어링을 맞추어 왔습니다. 구름 베어링은 지난 100년 간 획기적으로 개선되었고, 이러한 발전이 끝나지 않을 것으로 보고 있습니다. 산업 분야에서 파워트레인의 전기화는 차세대 구름 베어링을 요구하고 있습니다. 그리고 우리는 이러한 요건을 충족하고 있다고 확신합니다.
그루나우: 과거에는 정적 또는 동적 하중을 바탕으로 구름 베어링을 평가하였지만, 요즘은 마찰 토크를 이용하여 구분하고 있습니다. 앞으로 구름 베어링을 높은 하중을 갖추어야 하지만, 근소한 마찰토크와 소음이 실제적인 성능의 지표가 될 것입니다. 데이터 획득과 같은 추가적 기능을 갖춘 베어링도 점점 중요해지고 있습니다.

MM: 전기자동차는 구름 베어링을 훨씬 덜 사용하고 크랭크 샤프트 베어링을 더 이상 필요로 하지 않습니다. 이런 현상은 자동차산업을 위한 베어링 제조사들에게 어떤 영향을 주고 있습니까?
그루나우: 네, 이러한 추세가 분명히 존재하고 이러한 기술변화를 피해갈 수 없습니다. 이는 곧 장기적인 변화가 될 것입니다. Schaerffler는 내일의 이동성에 집중적으로 투자하고 있으며, 전기 이동성에 대한 요구조건에 맞는 제품 포트폴리오를 계속 확장하고 있습니다. 베어링 수요가 적어질 수 있지만, 우리의 기술적 강점이 사업을 계속 확장할 수 있는 가능성을 제공합니다.
슈테판: 하이브리드 자동차는 내연기관을 장착하는 종래의 자동차보다 더 많은 구름 베어링을 필요로 합니다. 그에 비해 배터리 구동 전기자동차는 지금까지 내연기관에 사용하던 미끄럼 베어링이 필요 없고, 전기 트랙션 모터와 기어에는 구름 베어링이 필요합니다. 이미 설명했듯이 이런 베어링도 새로운 기술적 특징을 요구하고 있습니다. 따라서 당사의 구름베어링 사업은 큰 문제가 없다고 보지만, 내연기관에 특화되어 있는 기업들에게는 새로운 파워트레인의 개발이 시급합니다.

MM: 전기자동차에서 세라믹 베어링의 비율이 올라가고 있습니까?
슈테판: 우리는 전기 파워트레인에서 하이브리드 베어링에 대한 수요가 높을 것이라고 보고 있습니다. 하이브리드 베어링은 전류흐름에 절연되고, 근소한 윤활로 높은 회전수를 달성할 수 있습니다. 우리는 이미 고성능 하이브리드 베어링을 사용하는 많은 분야에서 많은 전기모터와 발전기 어플리케이션을 갖추고 있습니다. 예상 가능한 엔진 회전수 상승과 더불어 하이브리드 베어링 기술도 훨씬 더 중요합니다.
그루나우: 절연 중요성이 점차 커지고 있습니다. 메카트로닉스 컴포넌트를 많이 사용하면서 암전류가 자주 발생할 수 있는데, 일반적으로 베어링은 전류를 유도하도록 설계하지 않기 때문입니다. 세라믹 볼은 구름 베어링 내 전류에 의한 손상을 막기 위한 방법입니다. 또한 링 절연도 잘 확립되어 있습니다. 다른 몇몇 솔루션은 현재 연구 중에 있습니다.

MM: 전기자동차는 소형 부품 사용량이 줄어듭니다. 특히 정밀 부품이 그렇습니다. 이는 컴포넌트 제조사들이 연삭 공정과 고속 정밀 베어링을 장착한 연삭 스핀들을 덜 사용한다는 의미인가요?
그루나우: 네, 실제로 순수 전기자동차에 들어가는 고정밀 구성품 수는 적습니다. 하지만 모터와 기어의 회전수가 올라가고 마찰과 소음 감소에 대한 새로운 요구사항이 증가하고 있어, 정밀성 향상을 요구하고 있습니다.
슈테판: 순수한 전기자동차가 부품을 덜 사용한다는 사실을 직시하고 있습니다. 하지만 전기 파워트레인의 부품들의 정밀도는 상승하고 있습니다. 전기 파워트레인은 엔진 회전수에서 소음이 적어야 하기 때문에 컴포넌트는 정밀성이 높아야 합니다. 차량 당 기계적 부품의 수요가 적다는 점이 업계에 영향을 줄 수 있겠지만, 다른 한편으로 새로운 컴포넌트가 필요합니다.

MM: 앞으로 구름 베어링 산업에 있어서 가장 큰 해결 과제는 무엇입니까?
그루나우: 베어링은 움직임이 있는 곳이면 어디든 사용하고 있으며, 적용 범위는 계속 확대될 것입니다. 가장 큰 도전 과제 중 하나는 넓은 스펙트럼의 응용사례들을 경쟁력 있게 성공적으로 극복하는 것입니다. 베어링은 많은 응용사례에서 장치의 속도, 부하, 온도 등의 모든 정보를 얻을 수 있는 지점입니다. 정보를 생성하는 것이 베어링의 또 다른 목적이 되고 있습니다. 미래의 베어링은 베어링 그 이상으로 통합된 센서가 되고 있으며, 디지털화와 인더스트리 4.0과 함께 구름 베어링의 중요성은 앞으로 더욱 커질 것입니다.
슈테판: 구름 베어링 산업은 시장의 수요에 정확하게 방향을 맞추어야 합니다. 새로운 요건들이 새로운 베어링 기술을 부각시키고 있습니다. 모든 응용영역에서 구름 베어링과 함께 회전하는 샤프트가 유망합니다. 구름 베어링 산업은 구름 베어링의 성능과 신뢰를 한층 올리기 위해 계속 연구해야 합니다. 센서를 이용한 베어링의 디지털화와 상태 모니터링 그리고 연속적인 추적성은 장애 없이 운전하는 데에 더욱 중요한 역할을 합니다.

MM Info

구름 베어링과 미끄럼 베어링 분야 전문가 회의
2018년 3월에 열린 제2회 베어링 월드는 구름 베어링과 미끄럼 베어링에 관한 주제를 다루었다. 베어링에 관한 국제 구동기술 연구협회(FVA) 전문가 포럼인 베어링 월드에서 대학의 연구가와 개발자 그리고 베어링 제조사들이 사용자와 업계 전문가들을 직접 만났다. 이틀 동안 White Etching Cracks (WEC), 신뢰성과 기능 안전, 마찰공학과 효율성, 손상 진단과 손상 방지에 관한 주제를 다루었다. 그 중점은 구름 베어링이었지만 올해는 미끄럼 베어링에 관한 강연도 진행되었다.