(57)【要約】  本発明は、内燃機関用のピストン（１０，１１０）であって、ピストンベースボディ（１１，１１１）とピストンリングエレメント（１２，１１２）とを備え、ピストンベースボディ（１１，１１１）が、少なくとも１つのピストンスカート（１５，１１５）と、燃焼キャビティ（２１，１２１）の少なくとも１つの底範囲（２７，１２７）とを有しており、ピストンリングエレメント（１２，１１２）が、ピストン頂面（１９，１１９）と、燃焼キャビティ（２１，１２１）の少なくとも１つの壁範囲（２８，１２８）と、環状のトップランド（２２，１２２）と、リング溝を備えた環状のリング部（２３，１２３）の少なくとも一部とを有しており、ピストンベースボディ（１１，１１１）とピストンリングエレメント（１２，１１２）とが、環状の閉じた１つのクーリングチャンネル（２４，１２４）を形成している形式の内燃機関用のピストン（１０，１１０）を製造する方法に関する。本発明による方法は、以下の方法ステップ、すなわち（ａ）環状の外側の接合面（２９，１２９，２２９）と、燃焼キャビティ（２４，１２４）の底範囲（２７，１２７）の方向に拡幅された環状の内側の接合面（３１，１３１，２３１）と、前記両接合面（２９，３１；１２９，１３１；２２９，２３１）の間で環状に延びる下側のクーリングチャンネル部分（２４ａ，１２４ａ，２２４ａ）とが前加工されている、ピストンベースボディ（１１，１１１）のブランク（１１’，１１１’，２１１’）を準備するステップと、（ｂ）環状の外側の接合面（３２，１３２，２３２）と、環状の内側の接合面（３３，１３３，２３３）と、前記両接合面（３２，３３；１３２，１３３；２３２，２３３）の間で環状に延びる上側のクーリングチャンネル部分（２４ｂ，１２４ｂ，２２４ｂ）とが前加工されている、ピストンリングエレメント（１２，１１２）のブランク（１２’，１１２’，２１２’）を準備するステップと、（ｃ）ピストンベースボディ（１１，１１１）のブランク（１１’，１１１’，２１１’）とピストンリングエレメント（１２，１１２）のブランク（１２’，１１２’，２１２’）とを、その接合面（２９，１２９，２２９；３１，１３１，２３１；３２，１３２，２３２；３３，１３３，２３２）を介して接合してピストンブランク（１０’，１１０’）を形成し、このときに燃焼キャビティ（２４，１２４）の少なくとも底範囲（２７，１２７）で、ピストンベースボディ（１１，１１１）のブランク（１１’，１１１’，２１１’）の拡幅された接合面（３１，１３１，２３１）の部分範囲（３４，１３４，２３４）が露出したままとなるようにするステップと、（ｄ）前記拡幅された接合面（３１，１３１，２３１）の部分範囲（３４，１３４，２３４）の除去と共に前記ピストンブランク（１０’，１１０’）を後加工し、かつ／または仕上げ加工して、ピストン（１０，１１０）を形成するステップと、により特徴付けられている。
2015522430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関用のピストン（１０，１１０）であって、ピストンベースボディ（１１，１１１）とピストンリングエレメント（１２，１１２）とを備え、ピストンベースボディ（１１，１１１）が、少なくとも１つのピストンスカート（１５，１１５）と、燃焼キャビティ（２１，１２１）の少なくとも１つの底範囲（２７，１２７）とを有しており、ピストンリングエレメント（１２，１１２）が、ピストン頂面（１９，１１９）と、燃焼キャビティ（２１，１２１）の少なくとも１つの壁範囲（２８，１２８）と、環状のトップランド（２２，１２２）と、リング溝を備えた環状のリング部（２３，１２３）の少なくとも一部とを有しており、ピストンベースボディ（１１，１１１）とピストンリングエレメント（１２，１１２）とが、環状の閉じた１つのクーリングチャンネル（２４，１２４）を形成している形式の内燃機関用のピストン（１０，１１０）を製造する方法において、
（ａ）環状の外側の接合面（２９，１２９，２２９）と、燃焼キャビティ（２４，１２４）の底範囲（２７，１２７）の方向に拡幅された環状の内側の接合面（３１，１３１，２３１）と、前記両接合面（２９，３１；１２９，１３１；２２９，２３１）の間で環状に延びる下側のクーリングチャンネル部分（２４ａ，１２４ａ，２２４ａ）とが前加工されている、ピストンベースボディ（１１，１１１）のブランク（１１’，１１１’，２１１’）を準備するステップと、
（ｂ）環状の外側の接合面（３２，１３２，２３２）と、環状の内側の接合面（３３，１３３，２３３）と、前記両接合面（３２，３３；１３２，１３３；２３２，２３３）の間で環状に延びる上側のクーリングチャンネル部分（２４ｂ，１２４ｂ，２２４ｂ）とが前加工されている、ピストンリングエレメント（１２，１１２）のブランク（１２’，１１２’，２１２’）を準備するステップと、
（ｃ）ピストンベースボディ（１１，１１１）のブランク（１１’，１１１’，２１１’）とピストンリングエレメント（１２，１１２）のブランク（１２’，１１２’，２１２’）とを、その接合面（２９，１２９，２２９；３１，１３１，２３１；３２，１３２，２３２；３３，１３３，２３２）を介して接合してピストンブランク（１０’，１１０’）を形成し、このときに燃焼キャビティ（２４，１２４）の少なくとも底範囲（２７，１２７）で、ピストンベースボディ（１１，１１１）のブランク（１１’，１１１’，２１１’）の拡幅された接合面（３１，１３１，２３１）の部分範囲（３４，１３４，２３４）が露出したままとなるようにするステップと、
（ｄ）前記拡幅された接合面（３１，１３１，２３１）の部分範囲（３４，１３４，２３４）の除去と共に前記ピストンブランク（１０’，１１０’）を後加工し、かつ／または仕上げ加工して、ピストン（１０，１１０）を形成するステップと、
を有することを特徴とする、内燃機関用のピストンを製造する方法。
【請求項２】
前記ステップ（ａ）もしくは前記ステップ（ｂ）で、ピストンベースボディ（１１，１１１）のブランク（１１’，１１１’，２１１’）および／またはピストンリングエレメント（１２，１１２）のブランク（１２’，１１２’，２１２’）を、鍛造法によって製造し、引き続き前加工する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ステップ（ｃ）で、ピストンベースボディ（１１，１１１）のブランク（１１’，１１１’，２１１’）とピストンリングエレメント（１２，１１２）のブランク（１２’，１１２’，２１２’）とを、摩擦溶接法によって、少なくとも１つの摩擦溶接シーム（３５，３６，１３５，１３６）を形成しつつ接合する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記ステップ（ｃ）の前に、ピストンベースボディ（１１１）のブランク（１１１’，２１１’）および／またはピストンリングエレメント（１１２）のブランク（１１２’，２１２’）の内側および／または外側の接合面（１３３，２２９，２３１，２３２，２３３）に、環状の拡開部（１３７；２３７ａ，２３７ｂ）を設ける、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの環状の拡開部（１３７；２３７ａ，２３７ｂ）を、斜面、面取り部または凹部の形に加工成形する、請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記少なくとも環状の拡開部（１３７；２３７ａ，２３７ｂ）を、１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの軸方向延在長さおよび／または少なくとも０．５ｍｍの半径方向延在長さを持って加工成形する、請求項４記載の方法。
【請求項７】
ピストンベースボディ（１１，１１１）のブランク（１１’，１１１’，２１１’）とピストンリングエレメント（１２，１１２）のブランク（１２’，１１２’，２１２’）とを、熱調質鋼または析出硬化性の鋼から製造する、請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記ステップ（ｃ）の前に、前記ブランク（１１’，１１１’，２１１’，１２’，１１２’，２１２’）を熱調質し、前記ステップ（ｃ）で前記前記ブランク（１１’，１１１’，２１１’，１２’，１１２’，２１２’）を、前記少なくとも１つの摩擦溶接シーム（３５，３６，１３５，１３６）の範囲における熱影響ゾーンの形成と共に接合し、前記ステップ（ｃ）の後に、ピストンブランク（１０’，１１０’）を、焼き戻しまたは応力除去焼きなましによって前記熱影響ゾーンを維持しつつ熱処理する、請求項７記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関用のピストンであって、ピストンベースボディとピストンリングエレメントとを備え、ピストンベースボディが、少なくとも１つのピストンスカートと、燃焼キャビティの少なくとも１つの底範囲とを有しており、ピストンリングエレメントが、ピストン頂面と、燃焼キャビティの少なくとも１つの壁範囲と、環状のトップランドと、リング溝を備えた環状のリング部の少なくとも一部とを有しており、ピストンベースボディとピストンリングエレメントとが、環状の閉じた１つのクーリングチャンネルを形成している形式のピストンを製造する方法に関する。
【０００２】
このような形式のピストンは、たとえば米国特許出願公開第２０１１／０１０７９９７号明細書に基づき公知である。このようなピストンは、特にこのピストンが実用車のために製造される場合、極めて浅くてかつ大きな燃焼キャビティを有している。ピストンベースボディのブランク（素材）とピストンリングエレメントのブランクは、第１には鍛造法により好適に製造され、第２には摩擦溶接法により好適に接合され、この場合、接合シームに沿って摩擦溶接ビードが生じる。しかし、浅くてかつ大きな燃焼キャビティを備えたピストンでは、ピストンベースボディに鍛造法により、いわばほぼ管端部に等しくかつピストンリングエレメントの接合面と対応する接合面を形成することは困難である。
【０００３】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のピストンのための製造方法を改良して、ピストンベースボディとピストンリングエレメントのあらゆる構造に関してブランクを鍛造法によって製造することを可能にし、かつそれと同時にブランクを接合するために摩擦溶接法の使用を可能にするような方法を提供することである。
【０００４】
この課題の解決手段は、以下のステップ、すなわち
（ａ）環状の外側の接合面と、燃焼キャビティの底範囲の方向に拡幅された環状の内側の接合面と、前記両接合面の間で環状に延びる下側のクーリングチャンネル部分とが前加工されている、ピストンベースボディのブランクを準備するステップと、（ｂ）環状の外側の接合面と、環状の内側の接合面と、前記両接合面の間で環状に延びる上側のクーリングチャンネル部分とが前加工されている、ピストンリングエレメントのブランクを準備するステップと、（ｃ）ピストンベースボディ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、その接合面を介して接合してピストンブランクを形成し、このときに燃焼キャビティの少なくとも底範囲で、ピストンベースボディのブランクの拡幅された接合面の部分範囲が露出したままとなるようにするステップと、（ｄ）前記拡幅された接合面の部分範囲の除去と共に前記ピストンブランクを後加工し、かつ／または仕上げ加工して、ピストンを形成するステップと、を有することを特徴とする方法にある。
【０００５】
本発明における思想は、ピストンベースボディのブランクの内側の接合面を燃焼キャビティの方向に拡幅することにある。したがって、この接合面は、ピストンリングエレメントのブランクの対応する内側の接合面よりも大きく寸法設定されている。このピストンベースボディのブランクの内側の接合面は、もはや従来のように、管端部に等しいのではなく、いわば、ほぼリングプレートとして形成されており、ひいては公知先行技術においてこれまでそうであったほど精密には形成されていない。ピストンベースボディのブランクの環状の内側の接合面のこのような構造的に単純な構成により、ブランクを鍛造法によって製造することが可能となる。それと同時に、本発明による方法により、ブランクを摩擦溶接法によって接合することが可能となる。なぜならば、このときに燃焼キャビティの範囲に生じる摩擦溶接ビードが、露出したままとなった前記接合面の上方に拡がって、後加工時もしくは仕上げ加工時に簡単に除去され得るからである。さらに、本発明による方法では、必要に応じて、すなわち合目的的であるか、または所望される場合には、燃焼キャビティをあとから、より深く加工成形することが可能となる。したがって、ピストンベースボディのために同じブランクを用いて、種々異なる深さに形成された燃焼キャビティを備えたピストンを製造することができる。このことは、ピストンブランクの製造を合理化し、ひいては製造コストを低下させることを可能にする。
【０００６】
本発明の有利な改良形は、従属項形式の請求項２以下から明らかとなる。
【０００７】
ステップ（ａ）もしくはステップ（ｂ）で、ピストンベースボディのブランクおよび／またはピストンリングエレメントのブランクを、鍛造法によって製造し、引き続き前加工することが好ましい。さらに、ステップ（ｃ）で、ピストンベースボディ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、摩擦溶接法によって、少なくとも１つの摩擦溶接シームを形成しつつ接合することが好ましい。このような製造方法は特に良く知られていて、かつ久しく以前より好都合であることが判っている。
【０００８】
特に有利な改良形では、ステップ（ｃ）の摩擦溶接法による接合の前に、ピストンベースボディのブランクの内側および外側の接合面および／またはピストンリングエレメントのブランクの内側および／または外側の接合面に、環状の拡開部が設けられる。したがって、前記接合面は、これらの接合面の所定の範囲が摩擦溶接の間、過剰材料を収容し得るように形成される。したがって、典型的な巻き込まれた摩擦溶接ビードは発生し得ない。
【０００９】
前記拡開部は、任意に加工成形されていてよく、たとえば斜面、面取り部または凹部の形に加工成形されている。前記拡開部は、たとえば１．０ｍｍ〜１．５ｍｍの軸方向延在長さおよび／または少なくとも０．５ｍｍの半径方向延在長さを持って加工成形されていてよい。
【００１０】
ピストンベースボディのブランクおよびピストンリングエレメントのブランクは、熱調質鋼または析出硬化性の鋼から製造されることが有利である。この場合には、ブランクがステップ（ｃ）の前に熱調質され、ステップ（ｃ）で前記少なくとも１つの摩擦溶接シームの範囲における熱影響ゾーンの形成と共に接合され、かつステップ（ｃ）の後に、得られたピストンブランクが、焼き戻しまたは応力除去焼きなましによって前記熱影響ゾーンを維持しつつ熱処理されると、特に有利である。この方法では、自体公知の形式で、摩擦溶接シームの近傍の周辺部でブランクの材料の硬度増大が行われる。硬度は、この範囲では最大４００ＨＶ（ビッカース）だけ増大する。この硬度増大された範囲は、「熱影響ゾーン」と呼ばれる。熱影響ゾーンは、熱影響ゾーン外のピストンブランクの熱調質された材料よりも硬く形成されている。摩擦溶接による接合後の熱調質は、もはや必要ではない。その代わりに、摩擦溶接から得られたピストンブランクは、場合によっては存在する応力を減少させるために、焼戻しまたは応力除去焼きなましにのみ施される。このときに、熱影響ゾーンにおける硬度は少しだけ低下するが、しかし最大２００ＨＶ（ビッカース）の硬度を有する硬度増大部は残っている。熱影響ゾーン外のピストンブランクの熱調質された材料の硬度も、焼戻しもしくは応力除去焼きなましによって同じく少しだけ低下するので、熱影響ゾーンは、実質的に維持される。すなわち、完成したピストンにおける熱影響ゾーンは、ピストンの残りの材料よりも大きなビッカース硬度を有する、摩擦溶接シーム周辺の範囲である。
【００１１】
熱影響ゾーンは、ピストンの、増幅された摩耗を受ける部分範囲もしくは部分構造体の保護のために使用され得る。この目的のために、摩擦溶接シームもしくはピストン構成部分のブランクの、摩擦溶接によって結合したい接合面は、製造したいピストンの、増幅された摩耗を受ける部分範囲もしくは部分構造体、ひいては硬化させたい部分範囲もしくは部分構造体が、摩擦溶接後に熱影響ゾーンに位置するように位置決めされる。これによって、これらの部分範囲もしくは部分構造体を、窒化またはレーザビーム処理のような別個の硬化法に施すことは、もはや必要とならない。
【００１２】
以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。実施形態は、縮尺通りではなく概略的に図示されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】公知先行技術による、冒頭で述べた形式のピストンを製造するためのブランクの１実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明による方法によりピストンを製造するためのブランクの第１実施形態を示す断面図であって、図面の右半部は、左半部に対して９０°回転させられた状態で図示されている断面図である。
【図３】図２に示したブランクから成る、摩擦溶接法によって接合されたピストンブランクの第１実施形態を示す断面図であって、図面の右半部は、左半部に対して９０°回転させられた状態で図示されている断面図である。
【図４】図３に示したピストンブランクから成る、仕上げ加工されたピストンの第１実施形態を示す断面図であって、図面の右半部は、左半部に対して９０°回転させられた状態で図示されている断面図である。
【図５】本発明による方法によりピストンを製造するためのブランクの第２実施形態を示す断面図であって、図面の右半部は、左半部に対して９０°回転させられた状態で図示されている断面図である。
【図６】図５に示したブランクから成る、摩擦溶接法によって接合されたピストンブランクの第２実施形態を示す断面図であって、図面の右半部は、左半部に対して９０°回転させられた状態で図示されている断面図である。
【図７】図６に示したピストンブランクから成る、仕上げ加工されたピストンの第２実施形態を示す断面図であって、図面の右半部は、左半部に対して９０°回転させられた状態で図示されている断面図である。
【図８】本発明による方法によりピストンを製造するためのブランクの第３実施形態を示す拡大された部分断面図である。
【００１４】
図４および図７には、本発明による方法により、摩擦溶接法によって製造された、完成したピストン１０，１１０が図示されている。ピストン１０，１１０はピストンベースボディ１１，１１１とピストンリングエレメント１２，１１２とから成っている。両構成部分は、摩擦溶接のために適しているあらゆる金属材料から成っていてよく、摩擦溶接シーム３５，３６，１３５，１３６を介して互いに結合されている。
【００１５】
図示の実施形態では、ピストンベースボディ１１，１１１が、鋼材料、たとえば４２ＣｒＭｏ４から成っている。ベースボディ１１，１１１はピストンスカート１５，１１５を有しており、このピストンスカート１５，１１５は自体公知の形式で、ピストンボス１６，１１６と、ピストンピン（図示しない）を収容するためのボス孔１７，１１７と、摺動面１８，１１８とを備えている。ピストンリングエレメント１２，１１２は本実施形態では、同じく鋼材料、たとえば３８ＭｎＶＳ６から製造されている。ピストンリングエレメント１２，１１２は、燃焼キャビティ２１，１２１を備えたピストン頂面１９，１１９と、環状のトップランド２２，１２２と、ピストンリング（図示しない）を収容するための環状のリング部２３，１２３とを有している。ピストンベースボディ１１，１１１とピストンリングエレメント１２，１１２とは、一緒になって１つの閉じられた環状のクーリングチャンネル２４，１２４を形成している。
【００１６】
図４に示したピストン１０は、以下に説明する本発明による方法によって製造される。
【００１７】
図２に示したように、まず、ピストンベースボディ１１の前加工されたブランク１１’ならびにピストンリングエレメント１２の前加工されたブランク１２’が準備される。両ブランク１１’，１２’は、本実施形態では鍛造法によって製造されている。引き続き、ブランク１１’，１２’は前加工されている。この場合、ピストンベースボディ１１のブランク１１’には、本実施形態では燃焼キャビティ２１の底範囲２７が、たとえば旋削加工により加工成形されている。さらに、クーリングチャンネル２４の環状の下側のクーリングチャンネル部分２４ａが前加工されている。その結果、環状の外側の接合面２９と、環状の内側の接合面３１とが得られる。本発明によれば、図１に示した公知先行技術によるピストンブランクとの比較から特に明らかであるように、内側の接合面３１が底範囲２７の方向に拡幅されている。
【００１８】
ピストンリングエレメント１２のブランク１２’には、本実施形態では燃焼キャビティ２１の壁範囲２８が、たとえば旋削加工により加工成形されている。さらに、クーリングチャンネル２４の環状の上側のクーリングチャンネル部分２４ｂが加工成形されている。その結果、環状の外側の接合面３２と、環状の内側の接合面３３とが得られる。ピストンベースボディ１１のブランク１１’の外側の接合面２９は、ピストンリングエレメント１２のブランク１２’の外側の接合面３２と対応している。相応して、ピストンベースボディ１１のブランク１１’の拡幅された内側の接合面３１は、ピストンリングエレメント１２のブランク１２’の内側の接合面３３と対応している。このことは、両ブランク１１’，１２’が、その接合面２９，３１もしくは接合面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’を形成し得ることを意味する。
【００１９】
図２から良く判るように、特に図１に示した公知先行技術によるピストンブランクと比べて、ピストンベースボディ１１のブランク１１’の拡幅された内側の接合面３１と、ピストンリングエレメント１２のブランク１２’の内側の接合面３３とは、本発明によれば、ピストンベースボディ１１の内側の接合面３１の、燃焼キャビティ２１の底範囲２７に向けられた部分範囲３４が露出したままとなるように互いに対応している。
【００２０】
両ブランク１１’，１２’を結合するためには、両ブランク１１’，１２’が、自体公知の形式で互いに整合するように緊締されて、摩擦溶接法によって接合される。摩擦溶接法の１実施形態では、両ブランク１１’，１２’のいずれか一方のブランクが回転させられ、この場合、このブランクは、１５００ｒ．ｐ．ｍ．〜２５００ｒ．ｐ．ｍ．の回転数が達成されるまで回転させられる。次いで、両ブランク１１’，１２’はその接合面２９，３１もしくは接合面３２，３３を介して互いに接触させられて、接合面２９，３１もしくは接合面３２，３３に関して、１０Ｎ／ｍｍ２〜３０Ｎ／ｍｍ２の押付け圧下に押し合わされる。この回転運動と押付け圧とにより、接合面２９，３１もしくは接合面３２，３３を加熱する摩擦が発生させられる。回転数および押付け圧は、使用される材料に関連して、接合面２９，３１もしくは接合面３２，３３が、前記１種もしくは数種の材料の融点近傍の温度にまで加熱されるように設定される。このことが達成されると（前記１種もしくは数種の材料に応じて１〜３秒間）、押付け圧は維持されたまま回転が終了される。すなわち、緊締装置は、できるだけ迅速に（できるだけ１秒よりも短い時間内に）制動されて、停止される。この過程の間、押付け圧は維持される。停止後に、押付け圧は、接合面２９，３１もしくは接合面３２，３３に関して、１００Ｎ／ｍｍ２〜１４０Ｎ／ｍｍ２の接合圧にまで高められ、両ブランク１１’，１２’は約５秒間、この接合圧で押し合わされる。
【００２１】
図３には、こうして製作されたピストンブランク１０’が図示されている。ピストンブランク１０’は、上で説明した摩擦溶接過程の結果として、摩擦溶接シーム３５，３６を有している。
【００２２】
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。たとえば、外側形状、表面、燃焼キャビティ、リング部、ボス孔等が仕上げ加工され得る。本発明によれば、ピストンベースボディ１１のブランク１１’の内側の接合面３１の露出している部分範囲３４が、好ましくは旋削除去により除去される。この方法ステップの途中で、燃焼キャビティ２１の底範囲２７と壁範囲２８とが仕上げ加工される。この場合、燃焼キャビティ２１の深さは、接合面３１の部分範囲３４の除去の過程で自由に選択され得る。したがって、ピストンベースボディ１１のための同一構造のブランク１１’を用いて、種々異なる深さの燃焼キャビティ２１を備えたピストン１０が製造され得る。その結果、図４に示した、上で説明した完成したピストン１０が得られる。
【００２３】
ブランク１１’，１２’は、熱調質鋼または析出硬化性の鋼から製造されて、接合の前に熱調質され得る。摩擦溶接による接合時では、形成された摩擦溶接シーム３５，３６の周囲にそれぞれ１つの熱影響ゾーンが形成される。熱影響ゾーンは、摩擦溶接シーム３５，３６の上方および下方で、それぞれ約１〜３ｍｍにわたって延びている。熱影響ゾーンの範囲では、材料の硬度が、熱影響ゾーン外のブランク１１’，１２’の熱調質された材料に比べて約４００ＨＶ（ビッカース）だけ高められている。その場合、得られたピストンブランク１０’は摩擦溶接後に熱処理、すなわち焼戻しまたは応力除去焼きなましに施される。この熱処理により、材料の硬度は熱影響ゾーン内においても、熱影響ゾーン外においても、約２００ＨＶ（ビッカース）だけ減少させられる。したがって、ブランク１１’，１２’の、高硬度の熱影響ゾーンと残りの材料部分との間の硬度差は、永続的に維持される。
【００２４】
図５には、本発明によるピストン１１０のためのピストンベースボディ１１１のブランク１１１’ならびにピストンリングエレメント１１２のブランク１１２’の別の実施形態が示されている。両ブランク１１１’，１１２’は本実施形態では鍛造法によって製造されている。引き続き、両ブランク１１１’，１１２’は前加工されている。この場合、ピストンベースボディ１１１のブランク１１’には、本実施形態では、燃焼キャビティ１２１の底範囲１２７が、たとえば旋削加工により加工成形されている。さらに、クーリングチャンネル１２４の下側の環状のクーリングチャンネル部分１２４ａが前加工されている。その結果、環状の外側の接合面１２９と、環状の内側の接合面１３１とが得られる。本発明によれば、図１に示した公知先行技術によるピストンブランクとの比較から特に明らかであるように、内側の接合面１３１が底範囲１２７の方向に拡幅されている。
【００２５】
ピストンリングエレメント１１２のブランク１１２’には、本実施形態では燃焼キャビティ１２１の壁範囲１２８が、たとえば旋削加工により加工成形されている。さらに、クーリングチャンネル１２４の環状の上側のクーリングチャンネル部分１２４ｂが加工成形されている。その結果、環状の外側の接合面１３２と、環状の内側の接合面１３３とが得られる。ピストンベースボディ１１１のブランク１１１’の外側の接合面１２９は、ピストンリングエレメント１１２のブランク１１２’の外側の接合面１３２と対応している。相応して、ピストンベースボディ１１１のブランク１１１’の拡幅された内側の接合面１３１は、ピストンリングエレメント１１２のブランク１１２’の内側の接合面１３３と対応している。このことは、両ブランク１１１’，１１２’が、その接合面１２９，１３１もしくは接合面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’を形成し得ることを意味する。
【００２６】
図５から良く判るように、特に図１に示した公知先行技術によるピストンブランクと比べて、ピストンベースボディ１１１のブランク１１１’の拡幅された内側の接合面１３１と、ピストンリングエレメント１１２のブランク１１２’の内側の接合面１３３とは、本発明によれば、ピストンベースボディ１１１のブランク１１１’の内側の接合面１３１の、燃焼キャビティ１２１の底範囲１２７に向けられた部分範囲１３４が露出したままとなるように互いに対応している。
【００２７】
この実施形態では、ピストンリングエレメント１１２のブランク１１２’の内側の接合面１３３に、それぞれ１つの斜面の形の環状の拡開部１３７が加工成形されている。この拡開部１３７は燃焼キャビティ１２１の底範囲１２７の方向に開いている。拡開部１３７の最大の軸方向延在長さは、本実施形態では、それぞれ約１ｍｍである。ブランク１１１’，１１２’の接合面１２９，１３１もしくは接合面１３２，１３３が、上で説明した摩擦溶接過程の開始時に互いに接触すると、拡開部１３７は本実施形態では、約１ｍｍの最大軸方向延在長さを有する直角三角形の形の自由空間を形成し、この自由空間内に、溶融された材料が分配される。この場合、過剰材料は、上で説明した接合部内に収容される。当然ながら、互いに異なるジオメトリ（幾何学的形状）を有する拡開部を互いに組み合わせることもできる。
【００２８】
両ブランク１１１’，１１２’は上で説明した摩擦溶接法によって接合される。図６には、こうして製作されたピストンブランク１１０’が図示されている。ピストンブランク１１０’は、上で説明した摩擦溶接過程の結果として、摩擦溶接シーム１３５，１３６を有している。図６からさらに判るように、摩擦溶接シーム１３５，１３６に沿って、図３に図示されているような摩擦溶接ビードは形成されていない。上で説明した摩擦溶接過程において発生された、溶融された過剰材料は、摩擦溶接過程の間、拡開部１３７により形成された自由空間によって収容されている。
【００２９】
ピストンブランク１１０’は自体公知の形式で、両ブランク１１１’，１１２’の構成に関連して、後加工もしくは仕上げ加工される。たとえば、外側形状、表面、燃焼キャビティ、リング部、ボス孔等が仕上げ加工され得る。本発明によれば、ピストンベースボディ１１１のブランク１１１’の接合面１３１の露出している部分範囲１３４は、好ましくは旋削除去により除去される。この方法ステップの途中で、燃焼キャビティ１２１の底範囲１２７と壁範囲１２８とが仕上げ加工される。この場合、燃焼キャビティ１２１の深さは、ピストンベースボディ１１１のブランク１１１’の接合面１３１の部分範囲１３４の除去の過程で自由に選択され得る。したがって、ピストンベースボディ１１１のための同一構造のブランク１１１’を用いて、種々異なる深さの燃焼キャビティ１２１を備えたピストン１１０が製造され得る。その結果、図７に示した、上で説明した完成したピストン１１０が得られる。
【００３０】
図８には、両ブランク２１１，２１２のさらに別の実施形態が拡大部分図で図示されている。両ブランク２１１，２１２からは、本発明による方法により、ピストンが製造される。この実施形態では、ピストンベースボディ２１１のブランク２１１’の両接合面２２９，２３１と、ピストンリングエレメント２１２のブランク２１２’の両接合面２３２，２３３とに、それぞれ面取り部の形の環状の拡開部２３７ａ，２３７ｂが加工成形されている。ピストンベースボディ２１１のブランク２１１’の両接合面２２９，２３１に設けられた拡開部２３７ａは、ピストンベースボディ２１１のブランク２１１’のクーリングチャンネル部分２２４ａの方向に延びている。相応して、ピストンリングエレメント２１２のブランク２１２’の両接合面２３２，２３３に設けられた拡開部２３７ｂは、ピストンリングエレメント２１２のブランク２１２’のクーリングチャンネル部分２２４ｂの方向に延びている。拡開部２３７ａ，２３７ｂの最大の軸方向延在長さは、本実施形態ではそれぞれ約１．０ｍｍであり、拡開部２３７ａ，２３７ｂの半径方向延在長さは、それぞれ約０．５ｍｍである。両ブランク２１１’，２１２’の接合面２２９，２３１；２３２，２３３が、上で説明した摩擦溶接過程の開始時に互いに接触すると、拡開部２３７ａ，２３７ｂは本実施形態では、約２ｍｍの最大の軸方向延在長さを有する、互いに向かい合って位置する２つの接合部を形成し、これらの接合部は過剰材料を収容することができる。当然ながら、種々異なるジオメトリを有する拡開部を互いに組み合わせることもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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