베어링에 다이렉트 드라이브 통합하기

구름 베어링을 사용하는 응용사례에서 기능을 충족하기 위해 토크모터나 다이렉트 드라이브를 통합한다. 여기에는 몇 가지 장점이 있다.

외르크 에겔하프(Jörg Egelhaaf): Franke GmbH 기술 이사

경량구조와 자동차 산업에서 최신 트랜드는 기능통합이다. 향후 몇 년 간 이에 대한 많은 응용 사례에서 나타날 것이다. 구름 베어링 제조사인 Franke도 와이어 레이스 베어링을 다이렉트 드라이브와 조합하였다. 구동모터를 직접 베어링에 통합하면 기어와 피니언, 윤활 회로를 사용할 필요가 없으며, 움직이는 질량이 훨씬 적어지고, 마찰과 유격 등의 요소로 인한 성능 손실이 최소화된다. 이러한 장점이 LD 드라이브로 구매 가능한 Franke의 다이렉트 드라이브 장착 슬루잉 베어링에도 제공한다. 이 베어링은 뛰어난 에너지 효율성을 가지고 있다.

Franke 와이어 레이스 베어링 원리를 적용하면 하우징의 재료를 자유롭게 선택할 수 있다. 알루미늄, 플라스틱, 카본 등의 경량재료를 사용하면 무게를 훨씬 줄일 수 있어 모터를 훨씬 작게 치수화할 수 있으며 최대 30%의 에너지 절감이 이루어진다.

다이렉트 드라이브를 베어링에 통합하면 다음과 같은 장점이 생긴다

■ 시스템 통합,

■ 드라이브 마모 없음,

■ 높은 토크,

■ 높은 동적 성능, 높은 효율,

■ 고객 맞춤 디자인,

■ 콤팩트 한 설치 형태,

■ 모터, 측정 시스템, 조절기 자유롭게 선택 가능,

■ 원하는 경우 수냉각 (공칭 토크 배가).

다이렉트 드라이브는 정확한 포지셔닝에 유용하다

직접 구동되는 베어링은 높은 성능과 작은 공간이 기준인 응용사례에 적합하다. 예를 들면 의료기술, 자동차 엔지니어링, 픽&플레이스 어플리케이션, 내비게이션 등이다. 드라이브를 베어링 하우징 안에 통합하면 벨트, 샤프트, 체인과 같이 구동파워를 전달하는 마모가 일어나는 어셈블리를 사용하지 않아 정확한 포지셔닝이 가능하다.

Franke의 와이어 레이스 베어링의 경우, 롤링이 구름 요소와 감싸는 구조 사이에서 직접 이루어지는 것이 아니며 통합된 레이스에서 마찰 없이 이루어진다. 부하 용량이 크고 콤팩트한 4포인트 형상을 통해 최대의 구조적 자유도 주어진다. 고객은 적용사례에 맞추어 치수와 필요한 재료로 구성요소를 구입할 수 있다.

정지한 베어링 부분이 고정자이고, 움직이는 부분이 회전자의 역할을 한다

드라이브 자체를 직접 베어링 하우징에 통합하여, 정지한 베어링이 고정자를 형성하고, 움직이는 부분이 토크모터의 회전자 역할을 한다. 고정자와 회전자 사이의 간격(에어 갭)이 토크 크기에 결정적이다. 예압된 Franke 슬루잉 베어링은 일정한 에어 갭을 보장한다. 모터 위치를 결정하기 위해 측정 시스템을 사용할 수 있다. 인터페이스는 증분형 시스템 (TTL, 1Vss)과 절대형 시스템 (EnDat 22; Fanuc, Biss, SSI – 1Vpp)을 사용할 수 있다. 회전 운동을 시작하기 위해 마모가 많이 일어나는 추가의 구성품이 필요 없어 시스템의 효율과 수명이 높아진다.

LD-Drive 타입의 다이렉트 드라이브를 장착한 Franke의 경량 베어링은 직경 100 ~ 2,000mm로 구입할 수 있다.

오늘날 와이어 레이스 베어링은 전세계적으로 컴퓨터 단층촬영 제조사들이 일차로 선택하는 제품이다. 이 베어링이 고성능 의료기술을 위한 현대식 구성요소의 모든 요건을 충족한다. 가볍고 조용하고 고도로 역동적이기 때문이다. LD 드라이브를 구매하면 경량 베어링, 모터, 컨트롤 유닛이 조율된 완벽한 어셈블리를 한번에 처리할 수 있다. 컴퓨터 단층촬영(CT)의 메인 베어링은 정확한 영상을 전달하는 임무를 수행한다. 이 베어링은 정확한 액시얼 런아웃과 래디얼 런아웃을 보장해야 하기 때문에 회전수가 높아도 진동 없이 조용히 돌아가야 한다. Franke의 이 특수 베어링은 컴퓨터 단층촬영을 위한 소음이 60 dB(A) 미만에서 회전수가 최대 300min-1에 달해, 뛰어난 정밀성과 작동 정숙성으로 X선 유닛이 선명한 화면을 생성할 수 있다. Franke의 테스트 벤치에는 이미 차세대 CT 베어링이 시험을 진행 중이다. 이 베어링은 세그먼트화된 드라이브를 갖추고 있으며 부하가 70 dB(A) 미만일 경우 400min-1의 회전 속도에 이른다. 자기력을 바탕으로 한 베어링 이완기술로 수명이 거의 무제한에 가깝다.

기계 엔지니어링 어플리케이션을 위한 큰 잠재력

다이렉트 드라이브를 장착한 구름 베어링은 이미 컴퓨터 단층촬영에서 사용하고 있다.

의료기술 외에 기계 엔지니어링 분야에서 로터리 인덱싱 테이블이나 공구 체인저 등 직접 구동되는 경량 베어링을 이용한 어플리케이션에 큰 잠재력이 있다. 질량이 적어 모터를 작게 설계할 수 있고, 로터리 인덱싱 테이블에서 뛰어난 역동성과 속도로 인해 높은 클록 주파수를 실현할 수 있다.

다이렉트 드라이브가 통합된 구름 베어링은 100 ~ 1,800mm 직경으로 구입할 수 있고 기본적으로 최대 80°C의 온도에서 작동한다. 온도가 더 높은 경우 이 슬루잉 베어링을 새로 설계해야 하며, 개발자이자 설계자인 Franke가 이에 대한 서비스를 제공한다. 프로젝트는 특수한 요건을 충족하기 위해 고객과 함께 시작하거나 자체적인 제품 프로그램을 최적화하기 위해 자체 드라이브에서 출발한다. 독일 남서부 알렌에 위치한 Franke 연구실에는 모든 유형의 테스트와 분석을 실시하기 위한 광범위한 장비를 모두 갖추고 있다.