(57)【要約】  本発明は、ピストンベース体（１１）とピストンリングエレメント（１２）とを備え、前記ピストンベース体（１１）は、少なくとも１つのピストンスカート（１５）を有し、前記ピストンリングエレメント（１２）は、少なくとも１つのピストン頂部（１９）と、環状のトップランド（２１）と、リング溝を備える環状のリング部分（２２）とを有し、前記ピストンベース体（１１）と前記ピストンリングエレメント（１２）とは、環状の閉鎖された冷却通路（２３）を形成する、内燃機関用のピストン（１０）を製造する方法であって、下記の方法ステップ、すなわち、（ａ）前記ピストンベース体（１１）のブランク（１１′，１１１′，２１１′）を準備し、この際に外側の接合面（２９，１２９，２２９）と内側の接合面（３１，１３１，２３１）と、該両接合面（２９，３１；１２９，１３１；２２９，２３１）の間に位置する環状の下側の冷却通路部分（２３ａ）を予備加工し、（ｂ）前記ピストンリングエレメント（１２）のブランク（１２′，１１２′，２１２′）を準備し、この際に外側の接合面（３２，１３２，２３２）と内側の接合面（３３，１３３，２３３）と、該両接合面（３２，３３；１３２，１３３；２３２，２３３）の間に位置する環状の上側の冷却通路部分（２３ｂ）を予備加工し、（ｃ）少なくとも１つの接合面（２９，１２９，２２９，３１，１３１，２３１，３２，１３２，２３２，３３，１３３，２３３）に環状の拡大部（３４ａ，３４ｂ；１３４ｂ；２３４ａ，２３４ｂ）を成形し、この場合該拡大部（３４ａ，３４ｂ；１３４ｂ；２３４ａ，２３４ｂ）は、所属の冷却通路部分（２３ａ，２３ｂ）に向かって延びており、（ｄ）前記ピストンベース体（１１）の前記ブランク（１１′，１１１′，２１１′）を、前記ピストンリングエレメント（１２）の前記ブランク（１２′，１１２′，２１２′）と、それぞれの接合面（２９，１２９，２２９，３１，１３１，２３１；３２，１３２，２３２，３３，１３３，２３３）を介して摩擦溶接によって結合して、ピストンブランク（１０′，１１０′）を形成し、（ｅ）該ピストンブランク（１０′，１１０′）を後加工及び／又は仕上げ加工して、ピストン（１０）を形成する、という方法ステップを特徴とする。本発明はさらに、このようなピストンに関する。
2013539514.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンベース体（１１）とピストンリングエレメント（１２）とを備え、前記ピストンベース体（１１）は、少なくとも１つのピストンスカート（１５）を有し、前記ピストンリングエレメント（１２）は、少なくとも１つのピストン頂部（１９）と、環状のトップランド（２１）と、リング溝を備える環状のリング部分（２２）とを有し、前記ピストンベース体（１１）と前記ピストンリングエレメント（１２）とは、環状の閉鎖された冷却通路（２３）を形成する、内燃機関用のピストン（１０）を製造する方法であって、
下記の方法ステップ、すなわち、
（ａ）前記ピストンベース体（１１）のブランク（１１′，１１１′，２１１′）を準備し、この際に外側の接合面（２９，１２９，２２９）と内側の接合面（３１，１３１，２３１）と、該両接合面（２９，３１；１２９，１３１；２２９，２３１）の間に位置する環状の下側の冷却通路部分（２３ａ）を予備加工し、
（ｂ）前記ピストンリングエレメント（１２）のブランク（１２′，１１２′，２１２′）を準備し、この際に外側の接合面（３２，１３２，２３２）と内側の接合面（３３，１３３，２３３）と、該両接合面（３２，３３；１３２，１３３；２３２，２３３）の間に位置する環状の上側の冷却通路部分（２３ｂ）を予備加工し、
（ｃ）少なくとも１つの接合面（２９，１２９，２２９，３１，１３１，２３１；３２，１３２，２３２，３３，１３３，２３３）に環状の拡大部（３４ａ，３４ｂ；１３４ｂ；２３４ａ，２３４ｂ）を成形し、この場合該拡大部（３４ａ，３４ｂ；１３４ｂ；２３４ａ，２３４ｂ）は、所属の冷却通路部分（２３ａ；２３ｂ）に向かって延びており、
（ｄ）前記ピストンベース体（１１）の前記ブランク（１１′，１１１′，２１１′）を、前記ピストンリングエレメント（１２）の前記ブランク（１２′，１１２′，２１２′）と、それぞれの接合面（２９，１２９，２２９，３１，１３１，２３１；３２，１３２，２３２，３３，１３３，２３３）を介して摩擦溶接によって結合して、ピストンブランク（１０′，１１０′）を形成し、
（ｅ）該ピストンブランク（１０′，１１０′）を後加工及び／又は仕上げ加工して、ピストン（１０）を形成する、
という方法ステップを特徴とする、内燃機関用のピストンを製造する方法。
【請求項２】
燃焼室凹部を有するピストンリングエレメント（１２）のブランク（１２′，１１２′，２１２′）を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
燃焼室凹部（２４）の少なくとも１つの壁領域（２８′）を有するピストンリングエレメント（１２）のブランク（１２′，１１２′，２１２′）を使用し、燃焼室凹部（２４）の少なくとも１つの底領域（２７）を有するピストンベース体（１１）のブランク（１１′，１１１′，２１１′）を使用する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｄ）において、前記ピストンベース体（１１）の前記ブランク（１１′，１１１′，２１１′）又は前記ピストンリングエレメント（１２）の前記ブランク（１２′，１１２′，２１２′）を回転させ、前記ピストンベース体（１１）の前記ブランク（１１′，１１１′，２１１′）と前記ピストンリングエレメント（１２）の前記ブランク（１２′，１１２′，２１２′）とを、前記接合面（２９，３１；３２，３３）に関連した初期の圧着圧を作用させて押し合わせ、回転を、前記初期の圧着圧を維持したまま停止させ、回転の停止直後に、圧着圧を、前記ピストンベース体（１１）と前記ピストンリングエレメント（１２）のブランクとを冶金によって結合するために、前記初期の圧着圧の数倍に高める、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記ピストンベース体及び前記ブランクの回転を、１５００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍの回転数で、１０Ｎ／ｍｍ2〜３０Ｎ／ｍｍ2の初期の圧着圧で行い、回転を１〜３秒後に前記初期の圧着圧を維持したまま終了する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
回転の停止後、前記ピストンベース体（１１）の前記ブランク（１１′，１１１′，２１１′）と前記ピストンリングエレメント（１２）の前記ブランク（１２′，１１２′，２１２′）とを、前記接合面（２９，３１；３２，３３）に関連して、１００Ｎ／ｍｍ2〜１４０Ｎ／ｍｍ2の接合圧で押し合わせる、請求項４記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ｃ）において、拡大部（３４ａ，３４ｂ；１３４ｂ；２３４ａ，２３４ｂ）を、前記ピストンベース体（１１）の前記ブランク（１１′，１１１′，２１１′）の前記内側及び外側の接合面（２９，１２９，２２９；３１，１３１，２３１）に、及び／又は前記ピストンリングエレメント（１２）の前記ブランク（１２′，１１２′，２１２′）の前記内側及び外側の接合面（３２，１３２，２３２，３３，１３３，２３３）に、設ける、請求項１記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ｃ）において、少なくとも１つの環状の拡大部（３４ａ，３４ｂ；１３４ｂ；２３４ａ，２３４ｂ）を、傾斜面、面取り部又は凹部として成形する、請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記拡大部（３４ａ，３４ｂ；１３４ｂ；２３４ａ，２３４ｂ）を、１.０ｍｍ〜１.５ｍｍの軸方向長さ及び／又は少なくとも０.５ｍｍの半径方向長さで成形する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
請求項１から７までのいずれか１項記載の方法によって製造可能なピストン（１０）。
【請求項１１】
ピストンベース体（１１）とピストンリングエレメント（１２）とを備え、前記ピストンベース体（１１）は、少なくとも１つのピストンスカート（１５）を有し、前記ピストンリングエレメント（１２）は、少なくとも１つのピストン頂部（１９）と、環状のトップランド（２１）と、リング溝を備える環状のリング部分（２２）とを有し、前記ピストンベース体（１１）と前記ピストンリングエレメント（１２）とは、環状の閉鎖された冷却通路（２３）を形成する、内燃機関用のピストン（１０）であって、前記ピストンベース体（１１）と前記ピストンリングエレメント（１２）とは、摩擦溶接によって互いに結合されていて、前記冷却通路（２３）には摩擦溶接ビードがほとんど存在しないことを特徴とする、内燃機関用のピストン。
【請求項１２】
前記ピストンリングエレメント（１２）は燃焼室凹部を有する、請求項８記載のピストン。
【請求項１３】
前記ピストンリングエレメント（１２）は、燃焼室凹部（２４）の少なくとも１つの壁領域（２８′）を有し、前記ピストンベース体（１１）は、燃焼室凹部（２４）の少なくとも１つの底領域（２７）を有する、請求項８記載のピストン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンベース体とピストンリングエレメントとを備え、ピストンベース体は、少なくとも１つのピストンスカートを有し、ピストンリングエレメントは、少なくとも１つのピストン頂部と、環状のトップランドと、リング溝を備える環状のリング部分とを有し、ピストンベース体と前記ピストンリングエレメントとは、環状の閉鎖された冷却通路を形成する、内燃機関用のピストンを製造する方法に関する。本発明はさらに、内燃機関用のこのようなピストンに関する。
【０００２】
下方に向かって開放していてカバー金属薄板を用いて閉鎖可能な冷却通路を、ピストンヘッドに備える摩擦溶接されたピストンは、ＤＥ１０２００４０１９０１２Ａ１及びＷＯ２００７／１２８２６５Ａ１に基づいて公知である。この公知のピストンでは、ピストンベース体及びピストンリング部分は、それぞれただ１つの接合面を有している。ＷＯ２００７／１２８２６５Ａ１には、接合面を摩擦溶接前に全面的には接触させないことが提案されており、これによって、摩擦溶接後に冷却室の下に存在する摩擦溶接ビードの大きさをコントロールして減じることができ、その結果摩擦溶接ビードは摩擦溶接作業に続いて容易に除去することができる。ＤＥ１０２００４０１９０１２Ａ１には、ピストンベース体及びピストンリングエレメントの接合面が、摩擦溶接中に発生する余剰の材料を受容するために、中空室を形成している。
【０００３】
しかしながら公知の両方法は、閉鎖された環状の冷却通路を備えるピストンを製造するのに適していない。それというのは、摩擦溶接時に形成される丸まった典型的な摩擦溶接ビード対は、半径方向で冷却通路内に進入するからである。これらの環状の摩擦溶接ビードは、冷却通路内において極めて大きなスペースを占める。これによって冷却通路の容積は過剰に減じられ、冷却通路内における冷却オイルの流れが阻まれる。比較的大きな燃焼室凹部を備えるピストンでは、冷却通路は半径方向において、該冷却通路が摩擦溶接ビードをまったく受容できないほどに細くもしくは狭く形成されていることがある。
【０００４】
ゆえに本発明の課題は、閉鎖された冷却通路を備えるピストンを製造する摩擦溶接法を改良して、完成したピストンの冷却通路が、過剰な容積減少を被らないようにすることである。
【０００５】
この課題を解決するために本発明による方法では、内燃機関用のピストンを製造する方法において、下記の方法ステップ、すなわち、（ａ）ピストンベース体のブランクを準備し、この際に外側の接合面と内側の接合面と、該両接合面の間に位置する環状の下側の冷却通路部分を予備加工し、（ｂ）ピストンリングエレメントのブランクを準備し、この際に外側の接合面と内側の接合面と、該両接合面の間に位置する環状の上側の冷却通路部分を予備加工し、（ｃ）少なくとも１つの接合面に環状の拡大部を成形し、この場合該拡大部は、所属の冷却通路部分に向かって延びており、（ｄ）ピストンベース体のブランクを、ピストンリングエレメントのブランクと、それぞれの接合面を介して摩擦溶接によって結合して、ピストンブランクを形成し、（ｅ）該ピストンブランクを後加工及び／又は仕上げ加工して、ピストンを形成する、という方法ステップを有するようにした。
【０００６】
本発明によるピストンは、ピストンベース体とピストンリングエレメントとが摩擦溶接によって互いに結合されていて、冷却通路には摩擦溶接ビードがほとんど存在しない、ということによって傑出している。
【０００７】
材料強度検査において判明したことであるが、丸まったビードにおいては、切欠き応力が過度に高まり、これは、丸まったビードの進出部における鋭い切欠きに起因すると見なすことができる。上記本発明による方法では、このような鋭い切欠きは回避される。これによって著しく強度を高めることができ、この強度の高まりは、ベース材料強度の８５〜１００％の間で移動し、これにより個々の部材もしくは構造物の設計時に、より大きな自由度を可能にする。
【０００８】
本発明による思想は、接合面を、該接合面の冷却通路側の領域が摩擦溶接中に余剰の材料を受容できるように、構成することにある。これによって、摩擦溶接中における冷却通路の半径方向長さは、摩擦溶接シームの領域において事実上変化しないままになる。そして本発明による方法により、十分な機能を有する閉鎖された環状の冷却通路を備える、複数部分から成るピストンを、摩擦溶接法を用いて製造することができる。
【０００９】
本発明の好適な態様は、従属請求項に記載されている。
【００１０】
本発明は、請求項の記載内容に適合するすべてのピストン構造形態のために適している。ピストンリングエレメントもしくはそのブランクは、特に燃焼室凹部を有することができる。ピストンリングエレメントもしくはそのブランクは、その代わりに、燃焼室凹部の少なくとも１つの壁領域を有してもよい。この場合ピストンベース体もしくはそのブランクは、燃焼室凹部の少なくとも１つの底領域を有しており、その結果両方の部材は一緒になって完全な燃焼室凹部を形成する。
【００１１】
好適な態様では、ステップ（ｄ）において、ピストンベース体のブランク又はピストンリングエレメントのブランクを回転させ、ピストンベース体のブランクとピストンリングエレメントのブランクとを、１５００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍの回転数で、接合面に関連して、１０Ｎ／ｍｍ2〜３０Ｎ／ｍｍ2の圧着圧作用下で、押し合わせ、回転を１〜３秒後に前記圧着圧を維持したまま終了し、次いで、ピストンベース体のブランクとピストンリングエレメントのブランクとを、接合面に関連して、１００Ｎ／ｍｍ2〜１４０Ｎ／ｍｍ2の接合圧で押し合わせる。これらの方法パラメータは、典型的な摩擦溶接ビードの回避を促進し、その結果、環状の拡大部の形成は、このような状況下における小さな寸法に基づいて、特に僅かな作業コストしか必要としない。
【００１２】
本発明において設けられる拡大部は、種々様々な形式で製造することができる。特に、本発明の別の態様では、ステップ（ｃ）において、拡大部を、ピストンベース体のブランクの内側及び外側の接合面に、及び／又はピストンリングエレメントのブランクの内側及び外側の接合面に、設ける。さらに、環状の拡大部は任意に成形することができ、例えば傾斜面、面取り部又は凹部として成形することができる。また拡大部は、１.０ｍｍ〜１.５ｍｍの軸方向長さ及び／又は少なくとも０.５ｍｍの半径方向長さで成形することができる。
【００１３】
次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明によるピストンを製造するための、ピストンベース体のブランク及びピストンリングエレメントのブランクの１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示した接合面領域を拡大して示す図である。
【図３ａ】本発明によるピストンのための、図１に示した部材から製造されたピストンブランクを示す図である。
【図３ｂ】図３ａに示した接合領域を拡大して示す図である。
【図４ａ】図３ａに示したピストンブランクから製造された本発明によるピストンを示す図である。
【図４ｂ】図４ａに示したピストンの接合領域を拡大して示す図である。
【図５】本発明によるピストンを製造するための、ピストンベース体のブランク及びピストンリングエレメントのブランクの別の実施形態を示す断面図である。
【図６】本発明によるピストンを製造するための、ピストンベース体のブランク及びピストンリングエレメントのブランクのさらに別の実施形態を示す断面図である。
【図７ａ】図５もしくは図６に示した部材から製造された、本発明によるピストンのためのピストンブランクを示す断面図である。
【図７ｂ】図７ａに示したピストンの接合領域を拡大して示す図である。
【００１５】
図４ａ及び図４ｂには、完成した本発明によるピストン１０が示されている。このピストン１０は、ピストンベース体１１とピストンリングエレメント１２とから成っている。両方の部材はそれぞれ金属材料、例えばＤＩＮ ＥＮ１００８３又はＤＩＮ ＥＮ１０２６７による金属材料から成っており、このような材料は、焼入れすることができ、かつ摩擦溶接のために適している。
【００１６】
図示の実施形態では、ピストンベース体は、鋼材料、例えばＡｆＰスチールから成っている。ピストンベース体１１はピストンスカート１５を有しており、このピストンスカート１５は、自体公知のように、ボス１６と、ピストンピン（図示せず）を受容するためのボス孔１７と、摺動面（図示せず）を備えるスカート領域１８とを有している。ピストンリングエレメント１２は図示の実施形態では同様に、鋼材料、例えば４２ＣｒＭｏ４から製造されている。ピストンリングエレメント１２は、ピストン頂部１９と環状のトップランド（Feuersteg）２１とを有している。ピストンベース体１１及びピストンリングエレメント１２は、ピストンリング（図示せず）を受容するための環状のリング部分２２、環状の閉鎖された冷却通路２３及び燃焼室凹部２４を形成している。
【００１７】
ピストンベース体１１とピストンリングエレメント１２とは、摩擦溶接によって互いに結合されている。しかしながら特に図４ｂから分かるように、環状の閉鎖された冷却通路２３は、典型的な摩擦溶接ビードを有してない。従って、エンジン運転時における本発明によるピストン１０の冷却のために、冷却通路２３の、本来設けられている全容積を利用することができる。さらに冷却通路内における冷却オイルの流れが損なわれることもない。
【００１８】
本発明によるピストン１０は、以下に記載のようにして製造される。
【００１９】
図１及び図２に示すように、まず初めに、ピストンベース体１１の予備加工されたブランク１１′と、ピストンリングエレメント１２の予備加工されたブランク１２′とが準備される。両方のブランク１１′，１２′は実質的に、完成したピストンベース体１１もしくは完成したピストンリングエレメント１２に相当しているので、同じ部材もしくは構造物には同じ符号が用いられていて、これについては図４ａに対する上記記載を参照するものとする。主な相違は、リング部分が加工されておらず、滑らかな周面２５がピストンベース体１１のブランク１１′に設けられ、かつ滑らかな周面２６がピストンリングエレメント１２のブランク１２′に設けられていることである。
【００２０】
ブランク１１′，１２′は、材料の選択に応じて、鋳造或いは鍛造されて又は、粉末冶金によって焼結されて製造されることができる。ピストンベース体１１のブランク１１′には、図示の実施形態では、燃焼室凹部２４の壁領域の一部２８である、底領域２７が、例えば旋削によって予備加工されている。さらに、冷却通路２３の環状の下側の冷却通路部分２３ａが予備加工されている。これによって外側の接合面２９と内側の接合面３１とが生ぜしめられる。ピストンリングエレメント１２のブランク１２′には、図示の実施形態では、燃焼室凹部の壁領域の残っている部分２８′が、例えば旋削によって加工されている。さらに、冷却通路２３の環状の上側の冷却通路部分２３ｂが加工されている。これによって外側の接合面３２と内側の接合面３３とが形成されている。ブランク１１′の外側の接合面２９は、ブランク１２′の外側の接合面３２と合致する。同様にブランク１１′の内側の接合面３１はブランク１２′の内側の接合面３３と合致する。すなわち両方のブランク１１′，１２′は、その接合面２９，３１；３２，３３に沿って互いに結合されて１つのピストンブランク１０′を形成することができる。
【００２１】
図示の実施形態では、ブランク１１′の両接合面２９，３１とブランク１２′の両接合面３２，３３とには、それぞれ、面取り部として形成された環状の拡大部３４ａ，３４ｂが成形されている。これらの拡大部のうち拡大部３４ａは、ブランク１１′の冷却通路部分２３ａに向かって延びている。相応して拡大部３４ｂは、ブランク１２′の冷却通路部分２３ｂに向かって延びている。拡大部３４ａ，３４ｂの最大軸方向長さは、図示の実施形態ではそれぞれ約１.０ｍｍであり、これに対して拡大部３４ａ，３４ｂの半径方向長さは、それぞれ約０.５ｍｍである。ブランク１１′，１２′の接合面２９，３１；３２，３３が摩擦溶接工程（下記参照）の開始時に互いに接触すると、拡大部３４ａ，３４ｂは図示の実施形態では、約２ｍｍの最大軸方向長さを有していて互いに向かい合って位置する２つの面取り部を形成し、これらの面取り部は余剰材料を受容することができる。もちろん、種々異なった幾何学形状を有する拡大部を互いに組み合わせることも可能である。
【００２２】
両方のブランク１１′，１２′を結合させるために、両方のブランク１１′，１２′は自体公知の形式で互いに整合させられて緊締される。次いで両方のブランク１１′，１２′のうちの１つが、１５００ｒｐｍ〜２５００ｒｐｍの回転速度が得られるまで、回転させられる。そしてブランク１１′，１２′はその接合面２９，３１；３２，３３を介して互いに接触させられ、接合面２９，３１；３２，３３に関連して１０Ｎ／ｍｍ2〜３０Ｎ／ｍｍ2の初期の一定の圧着圧で押し合わされる。回転運動及び一定の圧着圧は、接合面２９，３１；３２，３３を加熱する摩擦を生ぜしめる。回転数及び圧着圧は、使用される材料に関連して、接合面２９，３１；３２，３３が材料の融点近傍の温度に加熱されるように、選択される。このような温度が得られる（材料に応じて１〜３秒後）と、回転は、初期の圧着圧を維持しながら終了され、つまり回転のために使用されたスピンドルは、可能な限り素早く（可能な限り１秒未満の時間内に）、制動されて停止される。この過程中、圧着圧は維持される。停止後に圧着圧は、接合面２９，３１；３２，３３に関連して、初期の圧着圧の数倍の接合圧、つまり１００Ｎ／ｍｍ2〜１４０Ｎ／ｍｍ2の接合圧に高められ、ブランク１１′，１２′は約５秒、上記接合圧で押し合わされる。この場合余剰材料は、上に述べた接合部内に受容される。
【００２３】
図３ａ及び図３ｂには、このようにして完成したピストンブランク１０′が示されている。このピストンブランク１０′はほぼ完成したピストン１０に相当しているので、同じ部材もしくは構造物には同じ符号が使用されており、当該部材もしくは構造物に関しては図４ａに対する記載を参照するものとする。ピストンブランク１０′は、上に述べた摩擦溶接工程の結果として、摩擦溶接シームに沿ってかつブランク１１′；１２′の周面２５，２６に、並びに壁領域２８，２８′に、典型的な摩擦溶接ビード３５を有していない。特に図３ｂから分かるように、ブランク１１′；１２′の冷却通路部分２３ａ，２３ｂから形成された冷却通路２３は、摩擦溶接シームに沿って、典型的な丸まった摩擦溶接ビードを有していない。上に記載の摩擦溶接工程時に発生した溶融した余剰材料（これは従来技術では丸まった摩擦溶接ビードを形成していた）は、摩擦溶接工程中に、拡大部３４ａ，３４ｂによって形成された接合部によって受容されている。
【００２４】
ピストンブランク１０′は自体公知の形式で、ブランク１１′，１２′の構成に関連して、後加工もしくは仕上げ加工される。例えば外側形状、表面、燃焼室凹部、ボス孔等を仕上げ加工することができる。特にリング部分２２が加工され、摩擦溶接ビード３５が除去される。その結果、図４ａ及び図４ｂに示す、上記の完成したピストンが得られる。
【００２５】
図５には、本発明によるピストン１０のためのピストンベース体１１のブランク１１１′、及びピストンリングエレメント１２のブランク１１２′の別の実施形態が示されている。両方のブランク１１１′，１１２′は、実質的に図１に示したブランク１１′，１２′に相当しているので、同じ部材もしくは構造物には同じ符号が用いられていて、当該部材もしくは構造物については図１に対する上記記載を参照するものとする。なお付言すると、図５の図示は、図１の図示に対して９０°だけ回転させられている。
【００２６】
図１に示したブランク１１′，１２′と同様に、ブランク１１１′は外側の接合面１２９を有し、ブランク１１２′は、ブランク１１１′の接合面１２９と合致する外側の接合面１３２を有している。同じく、図１に示したブランク１１′，１２′と同様に、ブランク１１１′は内側の接合面１３１を有し、ブランク１１２′は、ブランク１１１′の接合面１３１と合致する内側の接合面１３３を有している。すなわち、両方のブランク１１１′，１１２′はその接合面１２９，１３１；１３２，１３３に沿って互いに結合されて１つのピストンブランク１１０′を形成することができる。
【００２７】
図示の実施形態ではピストンリングエレメント１２のブランク１１２′の両接合面１３２，１３３にはそれぞれ、傾斜部として形成された環状の拡大部１３４ｂが成形されている。これらの拡大部１３４ｂはブランク１１２′の冷却通路部分２３ｂに向かって延びている。拡大部１３４ｂの最大軸方向長さは、図示の実施形態ではそれぞれ約１ｍｍである。ブランク１１１′，１１２′の接合面１２９，１３１；１３２，１３３が上に述べた摩擦溶接工程の開始時に互いに接触すると、拡大部１３４ｂは図示の実施形態では、約１ｍｍの最大軸方向長さを有する直角三角形の形をした自由空間を形成し、この自由空間内において、溶融した材料が分配される。もちろん、異なった幾何学形状を有する拡大部を互いに組み合わせることも可能である。
【００２８】
図６には、本発明によるピストン１０のためのピストンベース体１１のブランク２１１′及びピストンリングエレメント１２のブランク２１２′の別の実施形態が示されている。ブランク２１１′，２１２′は、実質的に図１に示したブランク１１′，１２′に相当しているので、同じ部材もしくは構造物には同じ符号が使用されており、当該部材もしくは構造物に関しては図１に対する記載を参照するものとする。なお付言すると、図６の図示は、図１の図示に対して９０°だけ回転させられている。
【００２９】
図１に示したブランク１１′，１２′と同様に、ブランク２１１′は外側の接合面２２９を有し、ブランク２１２′は、ブランク２１１′の接合面２２９と合致する外側の接合面２３２を有している。同じく、図１に示したブランク１１′，１２′と同様に、ブランク２１１′は内側の接合面２３１を有し、ブランク２１２′は、ブランク２１１′の接合面２３１と合致する内側の接合面２３３を有している。すなわち、両方のブランク２１１′，２１２′はその接合面２２９，２３１；２３２，２３３に沿って互いに結合されて１つのピストンブランク１１０′を形成することができる。
【００３０】
図示の実施形態ではブランク２１１′の両接合面２２９，２３１及びブランク２１２′の両接合面２３２，２３３にはそれぞれ、傾斜部として形成された環状の拡大部２３４ａ，２３４ｂが成形されている。拡大部２３４ａはブランク２１１′の冷却通路部分２３ａに向かって延びている。相応に、拡大部２３４ｂはブランク２１２′の冷却通路部分２３ｂに向かって延びている。拡大部２３４ａ，２３４ｂの最大軸方向長さは、図示の実施形態ではそれぞれ約１ｍｍである。ブランク２１１′，２１２′の接合面２２９，２３１；２３２，２３３が上に述べた摩擦溶接工程の開始時に互いに接触すると、拡大部２３４ａ，２３４ｂは図示の実施形態では、約２ｍｍの最大軸方向長さを有していて二等辺三角形の形をした互いに向かい合って位置する２つの自由空間を形成し、この自由空間内において、溶融した材料が分配される。もちろん、異なった幾何学形状を有する拡大部を互いに組み合わせることも可能である。
【００３１】
上に述べた摩擦溶接法によって、図５に示したブランク１１１′，１１２′からも、図６に示したブランク２１１′，２１２′からもほぼ、図７ａ及び図７ｂに示すような同じピストンブランク１１０′が得られる。このピストンブランク１１０′は実質的に、図３ａ及び図３ｂに示したピストンブランク１０′に相当しているので、同じ部材もしくは構造物には同じ符号が用いられていて、当該部材もしくは構造物については図３ａに対する上記記載を参照するものとする。ピストンブランク１１０′は、上に述べた摩擦溶接工程の結果として、図７ｂに示す摩擦溶接ビードもしくは肉厚部を有する。ブランク１１１′；１１２′及びブランク２１１′；２１２′の冷却通路部分２３ａ，２３ｂから形成された冷却通路２３においても、上に述べたように、摩擦溶接ビードもしくは肉厚部が存在している。上に記載の摩擦溶接工程時に発生した溶融した余剰材料（これは従来技術では丸まった摩擦溶接ビードを形成していた）は、摩擦溶接工程中に、拡大部１３４ｂ；２３４ａ，２３４ｂによって形成された自由空間によって受容されている。その結果、溶融した材料は、冷却室に向かって形成される摩擦溶接ビードもしくは肉厚部が、冷却室とは反対の側に位置する摩擦溶接ビードもしくは肉厚部に比べて小さくなるように、分配される。
【００３２】
ピストンブランク１１０′は、自体公知の形式で、ブランク１１１′，１１２′もしくはブランク２１１′，２１２′の形成に関連して、後加工もしくは仕上げ加工される。例えば外側形状、表面、燃焼室凹部、ボス孔等を仕上げ加工することができる。特にリング部分２２が加工される。その結果、上に図４ａ及び図４ｂを参照して記載したのと同じ完成したピストン１０が得られる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【国際調査報告】
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