(57)【要約】本発明は、上側ピストン部品（2）及び下側ピストン部品（3）で構成された内燃機関のピストンを機械加工し且つ組み立てるための装置（1）及び方法に関する。この装置は、互いに別々に動作可能であって互いに同軸に配置されているとともに、一方が上記上側ピストン部品（2）を支持し他方が上記下側ピストン部品（3）を支持する２つのワークスピンドル（4,5）と、互いに別々に動作可能であるとともに、一方が上記上側ピストン部品（2）を機械加工するためのツール（8）を支持し、他方が上記下側ピストン部品（3）を機械加工するためのツール（9）を支持する２つのツールキャリア（6,7）と、を備えている。上記装置（1）は、双方のピストン部品（2,3）が、ワークスピンドル（4,5）から外れることなく、互いに別々に動作して、対向するように向かい合って、組み立てられるように構成されている。【選択図】図１
2010535108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上側ピストン部品（2）及び下側ピストン部品（3）で構成された内燃機関のピストンを機械加工し且つ組み立てるための装置であって、
一方が他方に対して同軸に配置され、互いに別々に動作可能であるとともに、一方が上記上側ピストン部品（2）を支持し、他方が上記下側ピストン部品（3）を支持する２つのワークスピンドル（4,5）と、
互いに別々に動作可能であるとともに、一方が上記上側ピストン部品（2）を機械加工するためのツール（8）を支持し、他方が上記下側ピストン部品（3）を機械加工するためのツール（9）を支持する２つのツールキャリア（6,7）と、を備え、
上記ピストン部品（2,3）の両方は、上記ワークスピンドル（4,5）から外れることなく、互いに別々に機械加工され、相対的な位置が調整され、互いに接合されるように構成されている装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
上記ピストン部品（2,3）の両方を、螺合、接着、半田付け、溶接、及び熱接合のうち少なくとも１つによって組み立てるように構成されている、少なくとも１つの組立機構（10,10'）を備えていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の装置において、
上記組立機構（10,10'）は、レーザー加熱部又は誘導加熱部を有していることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１つに記載の装置において、
上記双方のピストン部品（2,3）における互いの螺合は、少なくとも１つのワークスピンドル（4,5）を回転させると同時に、回転させたワークスピンドルを駆動することによって行われることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１つに記載の装置において、
少なくとも１つのワークスピンドル（4,5）には、上記双方のピストン部品（2,3）を互いに螺合するために予め決められたトルクが作用することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１つに記載の装置において、
上記ピストンを組み立てる前に接合される部分をクリーニングするように構成されているクリーニング機構を更に備えていることを特徴とする装置。
【請求項７】
上側ピストン部品（2）及び下側ピストン部品（3）で構成されていて、請求項１から６のいずれか１つに記載の装置を有する内燃機関のピストンを機械加工し且つ組み立てるための方法であって、
互いに同軸に配置される２つのワークスピンドル（4,5）に双方のピストン部品（2,3）が保持され、保持された各ピストン部品（2,3）がそれぞれ機械加工される工程と、
各ワークスピンドル（4,5）にそれぞれ保持された双方のピストン部品（2,3）の相対的な位置が調整される工程と、
上側ピストン部品（2）と下側ピストン部品（3）との間の接合部分がクリーニングされる工程と、
ピストン部品（2,3）の両方が、上記ワークスピンドル（4,5）から外れることなく、互いに接合される工程と、
を備える方法。
【請求項８】
請求項７に記載の方法において、
上記ピストン部品（2,3）の両方は、螺合、接着、半田付け、溶着、及び熱接合のうちの少なくとも１つによって互いに接合されることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の方法において、
上記下側ピストン部品（2）を上記上側ピストン部品（3）に熱接合するために、該下側ピストン部品（2）と上側ピストン部品（3）とのいずれか一方又は両方が、レーザー加熱又は誘導加熱されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上側ピストン部品及び下側ピストン部品で構成された内燃機関のピストンを機械加工し且つ組み立てるための装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱や機械的応力の影響を受ける内燃機関には、冷却溝構造が一体的に設けられたピストンが、慣習的に用いられる。この冷却溝構造内には、エンジンが駆動している間、冷却媒体、特にピストンを冷却するためのモーターオイルが流れている。このようなピストンを生産するため、ピストンを２つの部品に分けて構成し、これらの部品を組み立てることがあり得る。双方のピストン部品を組み立てる際に重要な点は、実際の組立工程の前にそれらの位置決め及び位置調整を行うことである。組立工程後の機械加工のために必要な測定は、費用対効果に大きな影響を与えるが、ピストン部品の位置調整が正確であるほど、このような測定を減らすことができる。
【０００３】
組立式のピストンの実施形態は、該ピストンの製造方法と同様、例えば、特許文献１から８に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許４１３４５２９号明細書
【特許文献２】独国特許４１３４５３０号明細書
【特許文献３】独国特許１００４２４２２号明細書
【特許文献４】独国特許１００４７２５８号明細書
【特許文献５】独国特許１０１３２４４７号明細書
【特許文献６】独国特許１０１５２３１６号明細書
【特許文献７】独国特許１０２０９１６８号明細書
【特許文献８】独国特許１０２００４０３８４６４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、組立式のピストンの機械加工及び組立を、費用対効果の高い方法で行うことができる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、上記課題は、独立請求項１の主題によって解決される。従属項の主題は、有利な実施形態である。
【０００７】
本発明は、上側ピストン部品及び下側ピストン部品で構成されたピストンを機械加工し且つ組み立てるための装置を生み出すという全体的な考えに基づいている。その装置は、一方が他方に対して同軸に配置されている２つのワークスピンドルを有している。下側ピストン部品及びそれに対応する上側ピストン部品は、上記２つのワークスピンドル上で別々に機械加工された後、向かい合わせに配置され、そして組み立てられる。一方のワークスピンドルは上記上側ピストン部品を支持し、他方のワークスピンドルは上記下側ピストン部品を支持する。本発明に係る装置は、更に、互いに別々に動作可能であるとともに、一方が上記上側ピストン部品を機械加工するためのツールを支持し、他方が上記下側ピストン部品を機械加工するためのツールを支持する２つのツールキャリアを備えている。これらのツールキャリアによって、上側ピストン部品又は下側ピストン部品の機械加工が別々に行われる。また、ツールキャリアの一方又は両方を、ピストン部品の両方を機械加工できる程度に変位させることもあり得る。本発明に係る装置によれば、双方のピストン部品の機械加工工程後、両者のワークスピンドルによって、一方のワークスピンドルから他方のワークスピンドルへの方向における、ピストン部品の位置決め及び位置調整を行うことができる。これにより、双方のピストン部品の相対的な位置誤差を最小化できる。なぜなら、このようなピストン部品の位置誤差は、もっぱら、本装置の製造誤差や軸誤差に起因するからである。本発明に係る装置は、機械加工を行うだけではなく、ピストン部品を組み立てるように構成されているのが特に有利である。これにより、機械加工後に双方のピストン部品をワークスピンドルから取り外す工程と、該ピストン部品を別の工具に取り付ける工程と、を省くことができる。つまり、上記装置は、このような組立式のピストンの製造工程の最適化、特に両ピストン部品における相対的な位置決め精度の大幅な向上に貢献する。
【０００８】
上記装置は、特に、螺合、接着、半田付け、溶接、及び熱接合のうちの少なくとも１つによって、ピストン部品の両方を組み立てるように構成されている組立機構を少なくとも１つ備えているのが好ましい。そのような組立機構は、例えば、レーザー加熱部又は誘導加熱部を有している。組立工程をピストンの機械加工工程に統合することによってピストンの製造工程は合理化される。そして、本発明に係る装置によって位置決め精度が改善されたことにより、両ピストン部品の組立後の機械加工は、仮に必要であるにしてもかなり削減されるため、ピストンの製造工程のコストを大幅に削減して設計できる。
【０００９】
本発明に係る解決方法の更なる有利な実施形態では、上記装置は、ピストン部品の両方を組み立てる工程の前に接合される部分をクリーニングするように構成されているクリーニング機構を備えているのが好ましい。このようなクリーニング機構は、例えば、ピストン部品の両方を組み立てる前に接合する部分を、圧縮空気によってクリーニングするジェットノズルを有するブロワー（送風機）によって構成されている。これにより、双方のピストン部品の組立を、非常に高精度で行うことができる。
【００１０】
本発明に係る解決方法の更に有利なもう１つの実施形態では、少なくとも１つのワークスピンドルには、双方のピストン部品を互いに螺合するために予め決められたトルクが作用する。正確に規定され且つ管理されたトルクによって、両ピストンを互いに螺合すると、組立工程の質を管理できる点で非常に有利である。ここで、上記トルクは、両者のピストン部品のシール効果を得るための最適なトルクに設定されている。これは、特に冷却溝がピストン部品の間に形成される場合において重要であり、その冷却溝は、上側ピストン部品と下側ピストン部品の間の接合部の領域でシールされなければならない。
【００１１】
更なる重要な特徴及び本発明の利点は、従属項、図面、及び図面に関連する説明に記載されている。
【００１２】
上述された特徴および以下で詳細に説明される特徴は、例示される特定の組み合わせだけでなく、他の組み合わせや、本発明の範囲から逸脱しない範囲で独立して用いることができる。
【００１３】
本発明の好ましい実施例は図面に示されていて、以下の説明で詳細に記述されている。そして、同じ符号は、同じ構成要素に付されているか、又は機能的に同じ若しくは同程度のものに付されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、ピストンを機械加工し且つ組み立てるための本発明に係る装置の概略図である。
【図２】図２は、ピストンを機械加工し且つ組み立てるための本発明に係る方法を非常に簡略化した工程のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１に示す本発明に係る装置１は、上側ピストン部品２と下側ピストン部品３とで構成された内燃機関のピストンを機械加工し且つ組み立てるものである。この装置１は、互いに同軸に配置され且つ互いに別々に動作可能な２つのワークスピンドル４及び５を備えている。上記ワークスピンドル４は下側ピストン部品３を支持していて、上記ワークスピンドル５は下側ピストン部品２を支持している。本発明に係る装置１は、更に、互いに別々に動作可能なツールキャリア６及び７を有している。一方のツールキャリア６は、上側ピストン部品２を機械加工するためのツール８を支持していて、他方のツールキャリア７は、下側ピストン部品３を機械加工するためのツール９を支持している。通常、装置１は、ピストン部品２及び３を互いに別々に機械加工でき、且つピストン部品２及び３の相対的な位置を調整でき、且つピストン部品２及び３が上記ワークスピンドル４，５から取り外されることなしにピストン部品２及び３を互いに接合できる、ように構成されている。
【００１６】
本発明に係る装置１は、ピストン部品２及び３を組み立てる組立機構１０又は１０’を更に備えている。この組立機構１０又は１０’は、特に、螺合、接着、半田付け、溶接、及び熱接合のうちの少なくとも１つによってピストン部品２及び３を組み立てるように構成されている。この組立機構１０，１０’には、例えば、熱接合のために、レーザー加熱部や誘導加熱部が設けられている。
【００１７】
ピストン部品２及び３の螺合、特に加熱を伴う螺合は、上記２つのワークスピンドル４，５のうちの少なくとも一方を回転させると同時に、回転させたワークスピンドルを相手側のピストン部品３，２に向かって駆動することによって行われる。装置１は、ワークスピンドル４，５のうちの少なくとも１つに予め決められたトルクが作用するように構成されている。このトルクは、ピストン部品２及び３を螺合するように正確に求められた締め付けトルクである。
【００１８】
装置１は、上述のような組立工程の前にピストン部品２，３の両方の接合部分をクリーニングするように構成された、図示しないクリーニング機構を有していてもよい。このようなクリーニング機構は、例えば、ピストン部品２，３の両方を組み立てる前に上記接合部分に吹き付けられる圧縮空気によって作用するノズルとして構成される。これにより、上記接合部分がクリーニングされる。
【００１９】
図１によれば、少なくともワークスピンドル５は、ワークスピンドル４の軸方向に変位したり、該ワークスピンドル４から離れたりできる。そして、対応するツール８，９が取り付けられたツールキャリア６，７は、両方のピストン部品２，３が問題なく機械加工又は組立されるように、組立機構１０，１０’と同様、変位可能に設けられている。
【００２０】
図２によれば、上側ピストン部品２と下側ピストン部品３とで構成されたピストンを機械加工し且つ組み立てるためのフローが、異なる複数のステップで示されている。まず最初に、ステップ１１では、ピストン２，３が、互いに同軸になるように配置されたワークスピンドル４，５上で互いに切り離された状態で、ワークスピンドル４，５に保持され、機械加工され、特に予備機械加工される。次のワークステップ１２では、ワークスピンドル４，５上において、両者のピストン部品２，３の位置調整、あるいは両者のピストン部品２，３の相対的な位置決めが行われる。プロセスステップ１３においては、実際の組立工程の前に、上側ピストン部品２と下側ピストン部品３との間の接合部分が、任意にクリーニングされる。プロセスステップ１４では、最終的に、両者のピストン部品２，３が互いに接合される。つまり、両方のピストン部品２，３は、プロセスステップ１１からプロセスステップ１４の間、ワークスピンドル４，５に取り付けられたままの状態で、特に螺合、接着及び半田付けのうちの少なくとも１つによって互いに接合される。
【００２１】
機械加工工程の後、ピストン部品２，３は互いに対向するように配置されて、機械軸によって位置合わせが行われる。これにより、ピストン部品２，３の相対的な位置誤差を最小化できる。なぜなら、生じる可能性がある位置誤差は、もっぱら装置の製造誤差や軸誤差に帰するからである。
【００２２】
更に、本発明に係る装置１によって、ピストン部品２，３の両方の前機械加工又は予備機械加工が行われるだけでなく、追加の取扱工程を設けることなく上記ピストン部品２，３が次のステップ１４で互いに組み立てられる、という特別な利点が提供される。これにより、製造工程の合理化が図られ、製造費用が低減される。組立は、熱接合工程によって行われる。その熱接合工程とは、例えば、上側ピストン部品２がかなり高温まで加熱されること、下側ピストン部品３がかなり低温まで冷却されること、あるいはその両方が行われること、によって実施される。それから、ピストン部品２，３は互いに問題なくネジ止めされ、上側ピストン部品２の冷却又は下側ピストン部品２の加熱による信頼性の高い焼き嵌めが行われる。
【図１】
2010535108.tif 000003
【図２】
2010535108.tif 000004
【国際調査報告】
2010535108.tif 000005
2010535108.tif 000006
2010535108.tif 000007
2010535108.tif 000008
2010535108.tif 000009
2010535108.tif 000010