专利名称：带有内部增强的辐条座的自行车轮圈及其制造方法
技术领域：
本发明总地涉及诸如自行车、轮椅之类的人力车辆的轮圈，尤其涉及带有增强的辐条座的一种新颖的轮圈及其制造方法。
背景技术：
下面介绍包括37 CFR 1.97和37 CFR 1.98所揭示的信息的相关技术概况。
为了降低人力车辆的车轮特别是自行车的轮圈的重量，人们已经作出了大量的努力。自行车轮圈的典型的制造方法是，先用挤压工艺把铝合金之类的材料制造成横断面对应于成品轮圈的横断面的直的型材，然后把型材切割成需要长度的段，再把型材段滚压成环形，最后用铆接或焊接工艺把两个自由端连接起来。在成品轮圈上，轮圈材料里的最大应力是集中在各个辐条连接点或辐条座处，连接于这些连接点的各个辐条把轮圈支承在轮毂上或连接于轮毂。因此，如果轮圈沿着其圆周是均匀地成形的，那么各个辐条连接点之间的区域的厚度和强度就超过了轮圈的各个辐条连接点处的足以承受预定的应力的强度。这意味着轮圈的重量比实际需要的重。迄今还没有任何创造性的努力旨在通过在各个辐条连接点处增强轮圈以及用嵌入件来分布由辐条引起的应力从而减轻整个轮圈的重量。
美国专利6,402,256揭示了一种轮圈，其辐条连接孔区域有标称的壁厚，而各个连接孔之间的中间区域的壁厚小于标称壁厚。各个辐条连接孔区域和各个中间区域之间的过渡区域的壁厚是逐渐地从标称壁厚变化到中间区域的壁厚。按照那个专利，那种轮圈的制造方法是，先生产轮圈坯料并加工轮圈壁的外表面的某些部分来形成中间区域和过渡部分，而辐条连接孔区域保持轮圈坯料的原来的标称厚度。
另外几个专利也揭示了有不同厚度段的轮圈，这些段的厚度承受拉紧的辐条施加于轮圈的力。例如，美国专利6,283,557揭示了一种在各个辐条连接区域有增加厚度的圆周方向的环68的轮圈。美国专利6,536,849揭示了在辐条连接于轮圈的地方有增加厚度的断面的轮圈，并且轮圈里还有一条可强化其强度的内脊。
美国专利6,234,580揭示了有增强的辐条座的轮圈的几个实施例，其中某些似乎是不可能制造的。
发明内容
本发明提供一种具有增强的辐条座的自行车轮圈及其制造方法。用于本发明的方法的轮圈坯料可以这样来生产采用挤压工艺把适当的合金材料挤压成轮圈型材，把轮圈型材切割成所需长度段，并滚压成环形，再将其两个自由端结合起来，就制成了一轮圈坯料。这种轮圈坯料具有至少一个延圆周方向延伸的、具有相当均匀的给定厚度的辐条连接区域。然后，按照本发明，在轮圈上，对准辐条孔所在点，例如在轮圈的一上腹板上成形出通孔，再把一套工具(tooling)的上、下两部分分别定位在辐条连接区域的上面和下面进行冲制以成形一增强的辐条座及其当中的一辐条孔。
因此，本发明的一个目的是提供一种供自行车车轮用的改进的轮圈。
本发明的另一个目的是提供一种用于制造具有增强的辐条座的改进的轮圈的简便方法。
本发明的再一个目的是提供一种具有延圆周方向延伸的辐条区域并具有从其向内增强的各个辐条座的轮圈。
本发明的再一个目的是提供一种具有增强的辐条座的轮圈，而增强部分从轮圈的外面是看不见的。
熟悉本技术领域的人，通过阅读本文的描述，将会充分理解本发明的这些和其它目的以及本发明的优点。
图1是用于制造本发明的轮圈的轮圈坯料的横剖面图。
图2是图1所示的轮圈坯料的周向延伸的辐条区域的侧视剖面图，表示出在辐条区域的上面和下面的第一套工具。
图3是在图2中所示的工具已经对辐条区域施加了冲压作用之后图2所示的辐条区域的侧视剖面图，并且表示出在辐条区域的上面和下面的第二套工具。
图4是在图3中所示的工具已经对辐条区域施加了冲压作用之后图3所示的辐条区域的侧视剖面图。
图5是图1所示的轮圈坯料的周向延伸的辐条区域的侧视剖面图，并且表示出在辐条区域的上面和下面的第三套工具。
图6是在图5中所示的工具已经对辐条区域施加了冲压作用之后图5所示的辐条区域的侧视剖面图。
具体实施例方式
参照图1，轮圈坯料10包括一周向延伸的辐条区域或辐条床12、两个互相相反的刹车表面14以及两个延伸于辐条区域12和刹车表面14之间的互相相反的侧壁16。一横向的连接板或上腹板18延伸于挤压的坯料10的上部之间，邻接于刹车表面14。轮胎侧板20从横向连接板18向上延伸并终止于圆边卡胎钩22。辐条区域12有一外或下表面24和一内或上表面26。
在图2中，表示出一套用于增厚辐条孔(图2中未示)周围的辐条区域的一部分金属的工具，而辐条孔将被成形在轮圈坯料10上。一个砧座30定位在辐条区域12的下面并且其上有一凹部32。砧座30上的凹部能够接纳和支承辐条区域12，具体地说，是支承辐条区域12的外或下表面24。按照本发明的方法，使砧座30和辐条区域12接触，直到辐条区域12的外表面24确实支承在砧座30上的凹部里。在辐条区域12坐落在砧座30上的情况下，使总地以标号33标示的一工具接触于辐条区域12的内表面26。该工具33包括一中心冲杆34和围绕该中心冲杆34的一成形环肩(forming collar)36。该成形环肩36包括一圆周凸肩38和在其下端的一成形凹坑40。
随着工具33向砧座30运动，圆周凸肩38和中心冲杆34接触于辐条区域12的内表面26，这样辐条区域12就被夹持在工具33和砧座30之间。然后使中心冲杆34向圆周凸肩38之外伸出并冲向构成辐条区域12的材料，借以从中心冲杆34朝外增厚冲孔周围的材料。随着中心冲杆34向下前进，砧座30和圆周凸肩38共同使增厚的材料向凹坑40里移动，因为被增厚的材料别无它路可去。较佳的是，要使中心冲杆34的直径对应于所需要的辐条孔的直径，并要使中心冲杆34的前进在其触及砧座30之前停止，从而产生一个变了形的辐条区域12’(见图3)，这个区域具有围绕着预成形的辐条孔44的增厚的一环形区域42。由于在工具33作用在辐条区域12上时砧座30阻止外表面24的变形，所以辐条区域12’的外表面24对应于辐条区域12的外表面24。辐条区域12的内表面26被工具33冲压而变形为图3中所示的内表面26’，它包括突起的或增厚的环形部分42。
表示于图3中的一冲头46准备着去完成表示于图4的一辐条孔48的成型。冲头46能够冲掉仍留在辐条区域12’上的、在预成形的辐条孔44以下的一小而薄的片材50。冲头46可与包括在一孔56的四周的一环肩54的一砧座52共同作用。使辐条区域12’的外表面24接触砧座52，使环肩54对中于预成形的辐条孔(spokehole pre-form)44。使冲头46向砧座52冲去而进入预成形的辐条孔44，冲透薄片材料50，借以冲掉薄片材料50而形成图4中所示的辐条孔48。冲头46包括一凸肩58，该凸肩58能够冲成围绕辐条孔48的、用于接纳辐条头部(未示)或辐条螺母(未示)或类似物的一凹座60。冲头46能够使内表面26’(见图3)变形而成为完工的内表面26”(见图4)。
现在参照图4，完成的辐条区域12”具有一对应于辐条区域12的外表面24(图1到图3)的外表面24、一辐条孔48、一被增厚并向内突起的环形区域42’以及成形在环形区域42’里的一凹座60。环形区域42’可增强围绕辐条孔48的辐条区域12”。在环形区域42’的任一侧，如图4所示，辐条床的厚度与图1和2中所示的辐条床12的厚度相同。而且，从辐条区域12”的外表面24来看，看不出紧挨着辐条孔48周围的区域被增厚的环形区域42’增强了，因为环形区域42’是从内表面26”向内突起，从轮圈坯料10的外面是看不见的。
参照图5和6，现在来说明用于制造具有一增强的辐条孔区域的一轮圈的第二种方法。与上面说明的方法类似，用这一方法可制造具有一内部增强的辐条孔区域的一轮圈坯料，从轮圈坯料的外面看时增强部分也不是很明显。
在图5中，所表示的工具用于增厚轮圈坯料(未示)的辐条区域62的一部分的金属。实际上，表示出了工具的一半和辐条区域62的一半，因为另两个一半与所表示的这两个一半是相对于轴线A镜面对称的。这一套工具包括一上冲压工具64和一下冲压工具66。该上冲压工具64包括围绕一凹坑70的一环肩68，而该凹坑70由一工具外构件(outer tool member)74里的一成形表面72限定。一冲头76对中地插在工具外构件74里并能够相对于工具外构件74往复运动。下冲压工具66包括一工具外构件78和一冲头80，该冲头80对中地插在工具外构件78里并能够相对于工具外构件78往复运动。工具外构件78设有一成形表面82。
从图5中的位置开始，使上冲压工具64和下冲压工具66相向运动，就可锻压或增厚处在上冲压工具64和下冲压工具66之间的辐条区域62的材料，直到使辐条区域62变成为图6中所示的变了形的辐条区域62’的形状。这时，会有冲掉的下脚料(未示)存在于冲头76和冲头80之间，必须使这块下脚料掉下去，以完成在辐条区域62’里的辐条孔84的成形(见图6)。这可以这样来做到从辐条区域62退回冲头80并使冲头76前进通过辐条区域62，同时保持工具外构件74和工具外构件78分别压在辐条区域62的上表面86和下表面88上。
现在参照图6，完成的辐条区域62’包括一变了形的上表面86’、一变了形的下表面88’、辐条孔84、一增厚的向内突起的环形区域90以及成形在环形区域90里的一凹座92。在变了形的下表面88’上有一个凹部94，它是由下冲压工具66的工具外构件78的成形表面82的作用而形成的。在变了形的上表面86’上，增厚的环形区域90可增强辐条孔84周围的辐条区域62’。在环形区域90的任一侧，如图6所示，辐条床或辐条区域62’的厚度与图5中所示的辐条床或辐条区域62的厚度相同。在这一实施例中，可以设想到辐条区域62的厚度在其被工具64和66增厚之前是大于对它要求的、在成品轮圈上辐条孔之间的厚度，因此，在辐条区域62被冲压成变了形的辐条区域62’之后，可以从辐条区域62’去掉某些材料，直到变了形的下表面88’变成为与变了形的辐条区域62’的凹部94齐平或大致齐平。去掉材料可以用机械加工的方法来进行，诸如采用磨削、切割或本技术领域已知的其它适当的手段。在除去材料之后，辐条区域的下表面最好是均匀的表面，不要让人看出辐条孔区域被在内部增强了。
在以上参照图5和6描述的实施例中，应能理解即使向内突起的环形区域90不比其周围的辐条区域62’的、未被冲压的部分厚，也能制成内部增强的辐条孔区域。换言之，如果上冲压工具和下冲压工具是做成为凹进的而不能使将变成辐条孔区域的环形区域增厚，在为了与凹进部分94达到齐平或大致齐平而从辐条区域的下表面除去材料之后，与辐条区域62’的毗邻部分相比，那个环形区域也将是较厚的而被增强了。
以上的详细说明给出了本发明人认为是最好的、用于实现本发明的方式并且意在使熟悉本技术领域的人能够实践本发明。但是在实际应用中，本发明当然不限于上述各实施例的结构细节，而是在后附权利要求所定义的本发明的精神和范围内可以对其做出各种改变和替换。
权利要求
1.一种用于在一自行车轮圈上制造一被增强了的辐条孔区域的方法，这种方法包括以下步骤在包括一沿圆周方向延伸的辐条区域的一轮圈坯料的一上腹板上成形出一通孔；支承所述辐条区域的一下表面；在一辐条孔所在的点，用一工具穿过所述通孔并使之达到所述辐条区域的一上表面，从而挤开所述辐条孔所在点的材料而增厚所述辐条孔所在点周围的辐条区域的材料；以及穿通所述辐条区域以成形一辐条孔。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，它包括使在所述辐条孔所在点周围的所述辐条区域的一部分材料移位的步骤。
3.一种用于在一自行车轮圈上制造一被增强了的辐条孔区域的方法，这种方法包括以下步骤在包括一沿圆周方向延伸的辐条区域的轮圈坯料的一上腹板上成形出一通孔；使一套工具中的一上冲压工具穿过所述通孔而冲向所述辐条区域的上表面；使所述该套工具的一下冲压工具向所述上冲压工具运动并到达所述辐条区域的下表面，从而使所述辐条区域里的一部分材料向所述上表面方向移位；以及随后对所述辐条区域的所述下表面进行机械加工，以减小所述下表面和被移位的部分的一下表面之间的移位差异。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，它包括把所述辐条孔所在点的材料向辐条支承区域挤去而增厚所述辐条孔所在点周围的材料的步骤。
5.一种用于在一自行车轮圈上制造一被增强了的辐条孔区域的方法，这种方法包括以下步骤在包括一沿圆周方向延伸的辐条区域的轮圈坯料的一上腹板上成形出一通孔；把一工具穿过所述通孔而冲向所述辐条区域的上表面；以及使一与上述工具相对的工具向所述辐条区域的下表面运动，从而把所述辐条孔所在点的材料向所述辐条区域挤去而增厚所述辐条孔所在点周围的材料。
全文摘要
本发明提供一种具有内部增强的辐条座的自行车轮圈及其制造方法。这种轮圈用一种轮圈坯料制造，轮圈坯料具有延圆周方向延伸的有一相当均匀的给定厚度的辐条连接区域。在轮圈坯料的一上腹板上成形出诸通孔，把一套工具的上工具和下工具分别定位在辐条连接区域的上面和下面进行冲制，来成形一增强的辐条座及其当中的一辐条孔。辐条孔所在点的材料被工具向一增强了辐条孔的环形区域挤去。可使辐条孔周围的材料向轮圈内移位，并且可除去辐条区域的未移位的部分的材料而留下辐条孔周围的一被增强了的区域。
文档编号B60B21/06GK1876405SQ20061007981
公开日2006年12月13日 申请日期2006年5月8日 优先权日2005年5月4日
发明者威廉·B·舒克 申请人:威廉·B·舒克