오늘날 장비 제조업체는 기계 성능을 희생시키지 않으면서 비용을 줄여야 한다는 요구를 받고 있다. 하지만 이러한 균형은 달성이 쉽지 않은 문제이다. 많은 제조사들이 간과하고 있는 문제 중 하나인 윤활 비용을 살펴보는 것은 비용 절감을 이뤄낼 수 있는 간단한 해결책이 될 수 있다.
베어링 윤활의 문제점은 무엇일까? 조사에 따르면, 베어링 실패의 54%가 윤활과 관련된 문제로 발생하고 있다. 이와 관련 MITMassachusetts Institute of Technology는 기계 고장의 최대 50%가 부적절한 베어링 윤활 또는 재윤활로 인해 발생하고 있으며, 이로 인한 장비 수리 비용으로 미국의 산업 전반에서 연간 약 2400억 달러가 손실된다는 추산을 발표했다.
다시 말하여 기계 윤활 문제를 해결함으로써 최종 사용자의 유지 보수와 관련된 비용과 위험을 최소화할 수 있다.이다. 나아가 윤활을 완전히 제거할 수 있게 되면 윤활유 구매/폐오일 처분 등에 대한 비용은 물론, 그리스 라인과 그리스 니플 등 보조 구성 요소에 대한 지출까지 줄일 수 있어 큰 폭의 비용절감을 이뤄낼 수 있게 된다.
윤활의 숨겨진 비용
볼 베어링 작동에 있어 적절한 윤활은 매우 중요한 문제이다. 윤활유는 기계 동작 중 계속 도포되고, 항상 최상의 상태를 유지해야 한다. 하지만 이를 위해 재 윤활 프로세스를 밟게 되면, 유지 관리 비용이 요구되며 예정된 시스템 중단으로 인한 생산 시간의 손실을 피할 수 없다.
나아가 실제 현장에 재 보충 등 윤활 유지 관리가 종종 부족하게 진행된다는 점도 있다. 오늘날 많은 프로세스가 자동화되어 있지만, 재 윤활은 아직까지 대부분 작업이 그리스 건을 사용한 수동 작업으로 진행된다.
겉으로 보기에는 단순해 보이지만, 올바른 방식으로 정확한 양의 윤활제를 주입하기란 쉬운 일은 아니다. 윤활제를 올바르게 보관하고, 재 윤활 이전 윤활 부위에 대한 청소까지 이뤄져야 하는 등 적절한 윤활을 보장하기 위해서는 올바르게 수행되어야 할 중요 프로세스가 곳곳에 포함되어 있기 때문이다.
일례로 유지 보수 직원의 80%가 직무 수행에 필요한 기본 기술력을 50%미만으로 갖고 있다는 조사 결과도 존재한다. 이 중 부족 기술 리스트의 가장 상단에 위치한 작업이 바로 윤활 작업으로, 베어링 윤활의 어려움을 보여준다.
OEM용 보조 구성 요소
금속 베어링을 사용하면 제조 복잡성과 비용이 필연적으로 증가하게 된다. 오일 라인의 설치는 물론 오일 저장소와 펌프를 필요로 하는 경우도 있으며 오염 등에 대한 방지 대책 등도 요구되기 때문이다. 이는 곧 비용이다.
맥널리인스티튜트McNally Institute에 따르면 베어링 파손의 주요 원인은 습기, 고체 입자가 침투하는 윤활 오염 등으로 인해 발생한다. 약 0.002% 가량의 수분이 윤활 시스템에 혼합될 경우, 고장 확률은 무려 48%가 증가하며, 6%의 수분이 침투하게 되면, 기계 장치의 수명이 83%까지 줄어들 수 있다.
이를 방지하기 위해 볼 베어링에서는 먼지·분진 등의 제거를 위한 위해 와이퍼/스크레이퍼 외에도 씰로 윤활 부위를 보호한다. 하지만 씰은 더럽고 먼지가 많은 환경에서 보호 능력이 떨어지며, 애플리케이션에서 마찰을 증가시켜 설계자가 의도치 않은 에너지 손실을 발생시킬 수 있다. 또 먼지와 분진이 많은 환경에서 씰과 와이퍼의 빈번한 교체로 인한 비용 지출이 증가하게 된다.
윤활의 숨겨진 비용
눈에 보이지 않는 기타 비용도 적지 않다. 윤활 작업에 따른 인건비, 재 윤활을 위한 기계 시스템의 중단에 따른 기회 비용 손실 등이 발생하는 것이다. 대표적인 세 가지를 꼽으면 다음과 같다.
◎노동 시간 투입 : 한 글로벌 석유 기업의 연구에 따르면, 수동으로 단일 그리스 지점을 윤활할 때 필요 시간은 포인트당 평균 3분이 소요된다. 이 기업의 기계는 평균 20개의 그리스 포인트를 갖고 있으며, 매일 한 기계에서 20개의 그리스 포인트를 유지하기 위해 총 인건비 7300 달러를 지불한다. 또 다른 조사에서는 일반적인 플랜트에서 2196개의 베어링을 사용하는데 이의 재 윤활을 위해 연간 6만 달러를 지출하며, 이 중 5만7000 달러가 인건비로 지출된다고 나타났다.
◎가동 중지 시간 : 부적절한 베어링 윤활이 기계 고장의 최대 50%를 차지한다. 조기 베어링 실패는 베어링, 샤프트, 심지어 모터의 고장까지 연결될 수 있으며, 이들의 교체에는 많은 비용이 들게 된다. 더불어 기계 중단에 따른 기회 비용 상실, 재 구동을 위한 비용 지출도 적지 않다. 6 시그마 제조 가이드에 따르면, 가동 중단 시간의 평균 비용은 시간당 500달러에 달하며, 자동차 산업 등의 특정 분야에서는 더 많은 가동 중단 비용이 발생한다. 나아가 계획되지 않은 중단 시간은 생산 일정에 영향을 끼쳐 수많은 파급 효과를 유발할 수 있다.
◎폐기 비용 : 조사에 따르면, 공정 관리 기업의 경우에는 윤활유의 폐기 개선으로 연간 윤활유 지출 비용의 약 20%를 줄일 수 있다. 다시 말해 윤활유 구입은 물론 사용한 윤활유의 폐기에도 큰 비용이 요구됨을 보여준다.
윤활 프로세스 제거로 비용 절감
자가 윤활 플라스틱 베어링Self Lubricating Plastic Bearing은 윤활 비용을 절감하는 해법이 될 수 있다. 자가 윤활 플라스틱 베어링은 고성능의 폴리머로 만들어져 롤 대신에 미끄러지는 역할을 수행한다.
섬유 보강재와 고체 윤활제로 최적화된 베이스 폴리머로 구성되기 때문에 재 윤활 작업이 필요 없게 만든다. 플라스틱 베어링에 활용된 섬유 보강재는 하중 전달 능력과 내마모성을 증가시키며, 마찰을 줄이기 위한 고체 윤활제가 샤프트의 베어링에서 미세 피니시로 전달되어 외부 오일이나 그리스를 요구하지 않는 것이다. 또 자가 윤활 플라스팅 베어링은 건식 윤활이기에 오염 방지가 중요한 산업에서도 사용할 수 있다.
이러한 고성능 자체 윤활 플라스틱 베어링을 사용하면 유지 보수 비용을 크게 절감할 수 있을 뿐아니라 베어링 오류로 인한 예기치 않은 가동 중단 시간까지 줄일 수 있다. 또한 자가 윤활 베어링의 교체가 필요한 경우, 대체 부품(소형의 저렴한 플라스틱 슬리브)을 볼 베어링의 일부 비용으로 구입할 수 있어 비용을 크게 줄일 수 있다.
나아가 플라스틱 베어링은 일반적인 볼 베어링을 설치하는 데 필요한 가공 및 기타 공정도 필요로 하지 않는다. 또 알루미늄 또는 냉간 압연 강과 같은 덜 비싼 샤프트에도 사용할 수 있으며, 응용 프로그램에 이상적임을 보장하기 위해 베어링 수명을 예측할 수있는 온라인 계산기를 제공하는 기업들도 있다. 이를 통해 테스트의 필요성을 없애고 재료 선택시 시간과 오류를 절약할 수 있다.
플라스틱 베어링의 주요 장점들은 다음과 같다.
◎유지 보수 불필요 : 올바르게 설치되면 플라스틱 베어링은 기존 볼 또는 메탈 백 베어링 옵션과 달리 추가적인 유지 보수가 필요 없다.
◎오일 프리, 드라이 런닝 : 엔지니어링 플라스틱 베어링의 소재는 폴리머베이스, 강화 섬유 및 필라멘트 및 고체 윤활제 입자로 이뤄져 있다. 이를 통하여 샤프트에 대한 마찰이 발생하면 샤프트에 윤활유 입자가 가해져 베어링의 전체 수명 기간 동안 일정한 마찰 계수가 발생함으로써 윤활 오일 없이도 동일한 효과를 라이프사이클 내내 발휘한다. 오일이 없기 때문에 오염으로부터도 자유로워 식품, 의약품 등의 생산에도 활용할 수 있다.
◎부식 저항성 : 플라스틱 베어링 소재는 물, 화학 물질, 세제, 자외선 등 다양한 부식 조건에 저항할 수 있다. 또 염산, 증기/고압 증기 멸균, 방사선 등에 대해서도 견딜 수 있으며, 세척과 수중에서의 사용도 가능하다.
◎전체적인 비용 절감 : 금속 베어링 옵션과 비교하면, 초기 구매부터 베어링 수명까지 전반적인 라이프사이클에서 40% 이상의 비용 절감 효과가 있다. 베어링 윤활제 비용, 폐유 처리 비용을 제거할 수 있으며, 유지 보수 비용까지 줄일 수 있기 때문이다.
◎오염에 대한 내성 : 그리스 또는 오일이 없기 때문에 오물, 먼지 및 기타 오염 물질이 플라스틱 베어링 시스템에 끌려들지 않는 이점도 있다. 이에 의료 생명 공학 또는 실험실 장비와 같은 깨끗한 응용 분야는 물론 먼지, 먼지 및 기타 오염 형태에 대한 저항성을 가져야 하는 실외 환경에서도 유용하다.
◎매우 짧은 행정 애플리케이션 활용 : 볼 베어링은 윤활을 위해 스트로크가 더 길어야 한다. 매우 짧은 스트로크로 인해 샤프트를 회전하는 대신 볼 베어링이 미끄러져 손상될 수 있기 때문이다. 반면 플라스틱 베어링은 마찰 계수가 일정하기 때문에 매우 짧은 행정을 완료할 수 있다.
◎경량화 : 플라스틱 일반 베어링의 무게는 금속 베어링의 약 1/5이며, 일부 옵션까지 포함하면 1/7의 경량화가 가능하다. 시스템 중량을 감소는 전반적인 드라이브 요구 사항을 줄임은 물론 시스템 효율을 높혀 시스템 운영 비용 절감에 기여한다.
