DE19828648C2 - Feder und Federanordnung für eine Matratze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine aus Kunstharz hergestellte Feder, die als Dämpfungsele­ ment und in einer Anordnung von mehreren Federn als Matratze verwendbar ist.

Federn für eine Bettmatratze werden in Form einer Federanordnung aus Metallspiralfedern, Metalltorsionsstäben oder dgl. verwendet, in der sie flach, gleichmäßig und so verteilt sind, daß die oberen und unteren Ränder der Federn flach miteinander verbunden sind, und der Außenumfangsrand der Federanordnug durch einen Drahtstab oder dgl. verbunden ist. Solch eine Federanordnung ist jedoch allgemein nachteilig, da der komplizierte Aufbau zu einer geringen Produktivität bei der Herstellung führt, ein erheblicher Arbeitsaufwand erforderlich ist, um die schwere Federanordnung beim Transport oder dgl. zu handhaben, bei der Benutzung Knarren und Rost auftreten, und die Federanordnung für Fasermaterial als umhüllendes Gewebe ungeeignet ist.

Um diese Nachteile zu beseitigen, wurde versucht, als Alternative der üblichen Metallfeder eine Kunststoffeder zu entwickeln, die hinsichtlich der Gewichtsreduzierung, die Beseitigung des Auftretens von Geräusch und der erhöhten Produktivität von Vorteil ist. Solch eine Kunststoffeder kann eine von der üblichen Metallfeder sehr abweichende Form haben, indem man den bei der Herstellung von Kunststoffprodukten angewandten Formvorgang nutzt. Bei solch einer Geometrie kann eine Kunststoffeder dynamische Eigenschaften haben, die die geringe Festigkeit von Kunststoffmaterial kompensieren kann, das für die Kunststoffeder verwendet wird.

Bei der oben beschriebenen Kunststoffeder tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß, wenn die Feder bis zu einer kritischen Geometrie, die durch eine aufgebrachte über­ mäßige Kompressionslast hervorgerufen wird, elastisch verformt wird, der tragende Zustand der Feder infolge der geringen Festigeit des Kunststoffmaterials unstabil wird, und im ungünstigen Fall ein Bruch der Feder auftritt.

Aus der japanischen Patentanmeldung JP 091 44794 A ist eine gattungsgemäße Feder mit mehreren konzentrischen und parallelen Ringen bekannt, die durch Verbindungselemente miteinander verbunden sind. Diese Feder hat jedoch den Nachteil, dass schon bei relativ geringer Belastung die Endabschnitte der Verbindungselemente miteinander in Kontakt kommen und eine weitere Stauchung der Feder blockieren.

Hinsichtlich einer Federanordnung für eine Matratze mit einzelnen Kunststoffedern sollte eine neue Struktur entwickelt werden, die Vorteile hinsichtlich des Materials und der Herstellungstechnik bietet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Feder zu schaffen, mit der sich das Gewicht reduzieren läßt, bei der das Auftreten von Geräusch vermieden wird, und die eine große elastische Verformung ermöglicht.

Weiterhin soll eine Federanordnung für eine Matratze geschaffen werden, die leicht ist, einfach zu handhaben ist und mit Fasermaterial als seitlicher Umhüllung einsetzbar ist.

Gelöst wird diese Aufgabe gem. der Erfindung durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale. Bei dieser Formgebung ermöglicht die Feder eine große elastische Verformung, da ein Kontakt zwischen den einen und den anderen Endab­ schnitten der elastischen Verbindungselemente bei der elastischen Verformung verhindert wird. Die Feder, die diese Vorteile hat, kann sowohl für eine Matratze ver­ wendet werden als auch als elastisches Element und als Dämpfungselement dienen.

Bei der Ausbildung gem. Anspruch 2 kann die Feder eine große elastische Verformung ermöglichen, die einen Kontakt zwischen den elastischen Verbindungs­ elementen und jedem der Ringe verhindert, und kann somit das Auftreten von Ge­ räusch beseitigen.

Bei der Ausbildung nach Anspruch 3 kann die Feder, da die elastischen Verbindungselemente auf einer Seite des Ringes, der mit Ausschnitten versehen ist, bei der elastischen Verformung versetzt sind, eine große elastische Verformung dadurch ermöglichen, daß der Innenraum der Feder effektiv genutzt wird, und da der Kontakt zwischen den elastischen Verbindungselementen und dem anderen Ring gegenüber dem, der mit Ausschnitten versehen ist, verhindert wird, ist diese Formgebung von Vorteil, wenn es hinsichtlich des Aufbaus schwierig ist, im anderen Ring Ausschnitte zu bilden.

Bei der Ausbildung nach Anspruch 4 kann die Feder eine große elastische Verformung ermöglichen, da der Kontakt zwischen den einen und den anderen Endabschnitten der elastischen Verbindungselemente bei der elastischen Verformung verhindert wird, und die Feder kann auch einen Kontakt zwischen den elastischen Verbindungselementen und eine Instabilität im belasteten Zustand infolge des Kontakts dazwischen bzw. einen Bruch der Feder selbst dann verhindern, wenn eine übermäßige Kompressionslast auf sie einwirkt, und damit den stabilen-Belastungszustand ermöglichen.

Bei der Ausbildung gem. Anspruch 5 kann die Federanordnung wesentlich leichter im Vergleich zur üblichen unter Verwendung von Metallspiralfedern, Metalltorsionsstäben oder dgl. sein, das Handhaben einer aus der Federanordnung gebildeten Matratze wird erleichtert, die Federanordnung ist mit einem umgebenden Gewebe aus Fasermaterial gut verträglich, kann Probleme wie Rost verhindern und hat niedrige Herstellungskosten, da die Komponenten der Federanordnung als Formprodukte hergestellt werden, und die Montage der Komponenten nur durch Arretieren bzw. Einrasten ohne die Notwendigkeit einer Klebstoffverbindung und/oder eines Schmelzvorgangs erfolgt. Solch eine Federanordnung kann nicht nur für eine Matratze eingesetzt werden, sondern auch als elastisches Element und als Dämpfungselement in einem Stuhl, Sofa oder Kissen. Auch können Federanordnungen für unterschiedlich beschaffene Matratzen durch Herstellen unterschiedlicher Federn, die eine unterschiedliche Härte und Flexibilität, Höhe und Form für die oberen und unteren Flächenelemente aufweisen, geschaffen werden.

Außerdem kann eine Feder der Anordnung nach Anspruch 5, die aus einem Kunstharz hergestellt ist, das hinsichtlich der Festigkeit einem Metallmaterial unterlegen ist, eine gute Stabilität und Haltbarkeit gewährleisten. Außerdem kann die Feder unnötige Vibrationen und Schwingungen, die entstehen, wenn sich ein Benutzer im Bett umdreht, aufgrund der Dämpfungseigenschaften infolge der Visko­ elastizität der synthetischen Harzmaterialien unterdrücken, die für die Federanordnung verwendet werden, das Auftreten von Knarren wie bei einer üblichen Metallfederanordnung für eine Matratze beseitigen, und eine Matratze mit guter Permeabilität aufgrund des Vorhandenseins von Luftspalten schaffen.

Bei der Anordnung nach Anspruch 6 kann die Feder einen stabilen Belastungszustand ermöglichen, da eine Last durch die Gitter-Flächenelemente in geeigneter Weise flach verteilt wird, und die Federn, die an Stellen liegen, an denen die Last einwirkt, werden unabhängig elastisch verformt in Abhängigkeit von dem einwirkenden Druck.

Bei der Ausbildung nach Anspruch 7, die insbesondere für eine Federanordnung für eine Matratze mit geringer Dicke geeignet ist, kann ein stabiler Belastungszustand ermöglicht werden, da der Kontakt zwischen den oberen und unteren Arretierungs­ elementen selbst dann verhindert wird, wenn eine übermäßige Kompressionslast auf die Federanordnung einwirkt. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1-16 beispielsweise beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Feder in einer ersten Aus­ führungsform;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Feder der Fig. 1;

Fig. 3 eine Aufsicht der Feder der Fig. 1;

Fig. 4 einen Schnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3;

Fig. 5 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der elastisch verformten Feder der Fig. 1;

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung einer Feder in einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 7 eine Seitenansicht der Feder der Fig. 6;

Fig. 8 teilweise im Schnitt eine Aufsicht der Feder der Fig. 6;

Fig. 9 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der elastisch verformten Feder der Fig. 6;

Fig. 10 eine perspektivische Darstellung einer Federanordnung für eine Matratze in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung, aus der der Herstellungsvorgang der Federanordnung der Fig. 10 hervorgeht;

Fig. 12 eine Seitenansicht eines Teils der Federanordnung der Fig. 10;

Fig. 13 eine Aufsicht eines Teils der Federanordnung der Fig. 10;

Fig. 14 einen Schnitt längs der Linie XIV-XIV in Fig. 13;

Fig. 15 eine Seitenansicht eines Teils einer Federanordnung für eine Matratze in einer zweiten Ausführungsform; und

Fig. 16 eine Aufsicht eines Teils der Federanordnung der Fig. 15.

Die Fig. 1-4 zeigen eine erste Ausführungsform einer Feder 1 gem. der Erfindung. Die Feder 1 hat einen zentralen Ring 2, obere und untere Ringe 3 und mehrere elastische Verbindungselemente 4. Die oberen und unteren Ringe 3 sind jeweils parallel zu den Ober- und Unterseiten des Rings 2 so angeordent, daß sie zum zentralen Ring 2 koaxial und von diesem jeweils um eine Strecke d entfernt sind. Die elastischen Verbindungselemente 4, die jeweils in Form eines liegenden U ausgebildet sind, verbinden den zentralen Ring 2 mit jedem der oberen und unteren Ringe 3 an drei Umfangsstellen.

Jeder obere und untere Ring hat den gleichen Radius r3 und der zentrale Ring 2 hat einen Radius r2, der kleiner als der Radius r3 des oberen und unteren Rings 3 ist.

Jedes elastische Verbindungselement 4 ist längs einer virtuellen Umfangsfläche 5 in Form eines doppelten Kegelstumpfes angeordnet, wobei die Ringe 2 und 3 die Grundfläche des Kegelstumpfes darstellen. Ein Endabschnitt des elastischen Verbindungselements 4, der sich an den zentralen Ring 2 anschließt, und ein weiterer Endabschnitt 42, der sich an jeden oberen und unteren Ring 3 anschließt, sind gegeneinander in radialer Richtung versetzt, um sich in der axialen Richtung C (der Expansions/Kontraktionsrichtung der Feder 1) nicht zu überlappen, d. h. in vertikaler Richtung in Fig. 2, wenn die Feder 1 zusammengedrückt ist. Zusätzlich sind der eine Endabschnitt 41 und der andere Endabschnitt 42 des elastischen Verbindungselements 4 etwa in der gleichen Winkelposition in Umfangsrichtung der Ringe 2 und 3 angeordnet, jedoch ist bei den gezeigten Ausführungsformen bzgl. des anderen Endabschnitts 42 der eine Endabschnitt 41, der sich an den zentralen Ring 2 anschließt, der einen kleinen Durchmesser hat, in Umfangsrichtung aus einem später beschriebenen Grund etwas zu einem gekrümmten Abschnitt 43 verformt, und daher hat das elastische Verbindungselement 4 auf der Seite des einen Endabschnitts 41 einen Arm 41a, der etwas kürzer als ein Arm 42a auf der Seite des anderen Endabschnitts 42 ist.

Jeder der oberen und unteren Ringe 3 hat bogenförmige Ausschnitte 33 auf der inneren Umfangsseite, zu denen sich die gekrümmten Abschnitte 43 der elastischen Verbindungselemente 4 in axialer Richtung C überlappen. Der Ausschnitt 33 kann durch einen Abschnitt ersetzt werden, der durch eine vorstehende Biegung des Rings 3 auf der äußeren Umfangsseite gebildet ist, oder durch eine durchgehende Öffnung oder eine Einrastausnehmung in Abhängigkeit von der Form des Rings 3.

Die Feder 1 ist aus einem synthetischen Harz einstückig typischerweise unter Verwendung eines Formwerkzeugs hergestellt. Die Feder 1 kann bei hoher Verpressbarkeit unter Verwendung eines in zwei Teile in vertikaler Richtung in der Zeichnung geteilten Kerns und eines Gleithohlraumes, der in derselben Richtung in drei Teile geteilt ist, geformt werden. Als Material für die Feder kann zweckmäßigerweise ein Harz mit einer hohen Biegefestigkeit verwendet werden, insbesondere mit hoher Dauer-Biegespannung, z. B. Polypropylenpolyamid oder einem auf Polyacetal basierendem Harz.

Wenn eine (gleichmäßig verteilte) Kompressionslast P auf die Feder 1 einwirkt, wird jedes elastische Verbindungselement 4, wie durch 4' in Fig. 5 gezeigt, in der Richtung verformt, in der die Höhe (entsprechend der Strecke d) des liegenden U des elastischen Verbindungselements 4 abnimmt. Daher wird die Feder 1 um eine elastische Verformung x insgesamt zusammengedrückt.

Da hierbei der eine Endabschnitt 41 und der andere Endabschnitt 42 jedes elastischen Verbindungselements 4' in radialer Richtung gegeneinander versetzt sind, wie zuvor beschrieben wurde, können sie nicht miteinander in Kontakt kommen. Daher ermöglicht die Feder 1 eine größere elastische Verformung als die einer Feder mit einfacher zylindrischer Form, bei der jeder Ring 2 und 3 den gleichen Radius hat, und außerdem verhindert die Feder 1 das Auftreten von Geräusch infolge des Kontaktes zwischen dem einen und dem anderen Endabschnitt 41, 42.

Die in jedem der oberen und unteren Ringe 3 ausgebildeten Ausschnitte 33 verhin­ dern den Kontakt zwischen jedem Ring 3 und den gekrümmten Abschnitten 43 der elastischen Verbindungselemente 4, und erhöhen somit die elastische Verformung x und verhindern das Auftreten von Geräusch.

Bei der oben beschriebenen Feder 1 sind der eine Endabschnitt 41 und der andere Endabschnitt 42 jedes elastischen Verbindungselements 4 etwas gegeneinander in Umfangsrichtung der Ringe 2 und 3 versetzt, so daß der Arm 41a auf der Seite des einen Endabschnitts 41 etwas kürzer als der des Arms 42a auf der Seite des anderen Endabschnitts 42 ist, und daher der gekrümmte Abschnitt 43 des elastischen Verbindungselements 4 auf der Seite jedes oberen und unteren Rings 3 bei der elastischen Verformung des elastischen Verbindungselementes 4 versetzt ist, so daß der Berührungsgrad des gekrümmten Abschnitts 43 mit dem zentralen Ring 2, der keinen Ausschnitt hat, entsprechend verringert wird. Auf diese Weise kann die elastische Verformung jedes Verbindungselements 4 in einer gewünschten Richtung durch geeignete Wahl der Lage, Form und dgl. der Verbindungselemente eingestellt werden, und daher kann die zulässige elastische Verformung x der Feder 1 maximiert werden, indem man den Innenraum der Feder 1 effktiv nutzt.

Bei der obigen Ausführungsform hat die Feder 1 aufgrund des zentralen Rings 2, der oberen und unteren Ringe 2 und 3 und der oberen und unteren elastischen Verbindungselemente 4 die Form eines doppelten Kegelstumpfes, jedoch kann die Anzahl der Stufen der Ringe und auch die Anzahl der Stufen der elastischen Verbindungselemente in geeigneter Weise gewählt werden, und außerdem kann die Feder 1 eine abweichende Form haben, wie z. B. eine konische. Zwei oder mehrere Federn 1 können gestapelt und miteinander durch eine Klebstoffverbindung, Schmelzen oder Einrasten verbunden werden. Auch können die elastischen Verbindungselemente 4, die die Form eines liegenden U haben, paarweise spiegelsymmetrisch zueinander für jedes Paar angeordnet werden, oder drei oder mehrere elastische Verbindungselemente können in Umfangsrichtung vorgesehen werden. Auch können zwei oder mehrere Gruppen elastischer Verbindungselemente kombiniert werden, oder das elastische Verbindungselement kann in Teile, die in den Gruppen in axialer Richtung der Feder unterschiedlich sind, unterteilt werden.

Anhand der Fig. 6-8 wird nun eine zweite Ausführungsform der Feder beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 6 hat eine Feder 101 einen zentralen Ring 102, obere und untere Ringe 103 und mehrere elastische Verbindungselemente 104. Die oberen und unteren Ringe 103 sind jeweils parallel an der Ober- und Unterseite des zentralen Rings 102 derart angeordnet, daß sie zum zentralen Ring 102 koaxial und jeweils um eine Strecke d zum zentralen Ring 102 beabstandet sind. Die elastischen Verbindungselemente 104, von denen jedes die Form eines liegenden U hat, verbinden den zentralen Ring 102 mit jedem der oberen und unteren Ringe 103 an drei Umfangsstellen.

Jeder obere und untere Ring 102 und 103 hat den gleichen Radius r3, und der zentrale Ring 102 hat einen Radius r2, kleiner als der Radius r3 jedes oberen und unteren Rings 103.

Wie Fig. 7 zeigt, ist jedes elastische Verbindungselement 104 längs einer virtuellen Umfangsfläche 105 ausgebildet, die durch die Ringe 102 und 103 etwa die Form eines doppelten Kegelstumpfes hat. Ein Endabschnitt 141, der sich an den zentralen Ring 102 anschließt, und der andere Endabschnitt, 142, der sich an den oberen bzw. unteren Ring 103 anschließt, sind gegeneinander in radialer Richtung so versetzt, daß sie sich in der axialen Richtung c (der Expansions/Kontraktionsrichtung der Feder 101) nicht überlappen, d. h., in der vertikalen Richtung in Fig. 7, wenn die Feder 101 zusammengedrückt wird.

Eine Begrenzungsplatte 121 ist auf der Seite des Außenumfangs eines Abschnitts nahe einer Stelle ausgebildet, an der die einen Endabschnitte 141 der elastischen Verbindungselemente 104, die sich an den Ober- und Unterseiten der zentralen Ringe 102 befinden, miteinander in Kontakt stehen, um zu verhindern, daß sich die anderen Endabschnitte 142 der elastischen Verbindungselemente 104 kontaktieren, wenn eine übermäßige Kompressionslast auf die Feder 1 wirkt. Außerdem hat jeder obere und untere Ring 103 bogenförmige Ausschnitte 133 an Abschnitten der inneren Umfangsseite, mit denen die gekrümmten Abschnitte 143 der elastischen Verbindungselemente 104 in axialer Richtung C überlappen, wenn die Feder 101 zusammengedrückt wird, um zu verhindern, daß der Ring 103 mit den gekrümmten Abschnitten 143 der elastischen Verbindungselemente 104 in Kontakt kommt.

Wie die Feder 1 der ersten Ausführungsform wird die Feder 101 einstückig aus Kunstharz geformt.

Wenn die Feder 101 mit einer übermäßigen Kompressionslast (P) höher als ein eine kritische elastische Verformung verursachender Wert beaufschlagt wird, sind die ge­ krümmten Abschnitte 143 der oberen und unteren elastischen Verbindungselemente 104, wie Fig. 9 zeigt, mit dem zentralen Ring 102 in Kontakt, und auch die anderen Endabschnitte 142 der elastischen Verbindungselemente 104 sind mit den Ober- und Unterseiten der Begrenzungsplatte in Kontakt, um dadurch die elastische Verformung über den obigen kritischen Wert hinaus zu begrenzen.

Wenn daher die Feder 101 durch Biegen und Verdrehen der anderen Endabschnitte 142 der elastischen Verbindungselemente 104 gekippt wird, kann verhindert werden, daß sie in einen instabilen Belastungszustand gebracht wird, oder infolge des Kontakts mit einer Ecke der anderen Endabschnitte 142 bricht. Damit kann die Feder 101 normalerweise einen stabilen tragenden Zustand sicherstellen.

Es ist zu beachten, daß die Begrenzungsplatte 121 verschiedenartig geformt sein kann, und sie kann die Form eines Flansches haben, der sich über den gesamten Umfang des Ringes 102 erstreckt. Außerdem kann, wenn mehrere Federn 101, die die gleiche Form haben, miteinander verbunden werden, eine Begrenzungsplatte zur Verhinderung des Kontakts zwischen den einen Endabschnitten 141 der elastischen Verbindungselemente 104 an der inneren Umfangsseite des Rings 103, der den größeren Durchmesser hat, ausgebildet werden.

Eine typische Ausführungsform einer Federanordnung wird nun anhand der Fig. 10­ 14 beschrieben.

Eine Federanordnung 200 hat ein Paar obere und unterer Gitter-Flächenelemente 201 und 202 und mehrere, dazwischen gehaltene Federn 203.

Das Flächenelement 201 (bzw. 202), das aus Kunstharz einstückig geformt ist, hat Ringe 211 (bzw. 221), die flach miteinander verbunden sind. Jeder Ring 211 (bzw. 221) hat eine Form ähnlich dem Ring 231 (bzw. 232) am oberen und unteren Ende der Feder 203, ist jedoch etwas breiter als dieser. Außerdem sind Umfangsabschnitte 212 (bzw. 222) der Ringe 211 (221) geradlinig miteinander verbunden, so daß das Flächenelement 201 (oder 202) rechteckig geformt ist. Das Flächenelement 201 (bzw. 202) hat kreisförmige Öffnungen 213 (bzw. 223) an den Ringen 211 (bzw. 221), etwa quadratische Durchgangsöffnungen 214 an Abschnitten, die von benachbarten Ringen 211 (bzw. 221) umgeben sind, und etwa dreieckige Durchgangsöffnungen 215 (bzw. 225) an den Umfangsabschnitten 212 (bzw. 222). Somit hat das Flächenelement 201 (bzw. 202) eine Gitterstruktur mit einer insgesamt großen Anzahl von Durchgangsöffnungen.

Jeder Ringkörper 211 (bzw. 221) des Flächenelements 201 (bzw. 202) hat drei Arre­ tierelemente 216 (bzw. 226), die in Umfangsrichtung in gleichen Abständen ange­ ordnet sind. Jedes Arretierelement 216 (bzw. 226) hat einen Basisabschnitt 261 zur Kontaktierung mit dem Innenumfang des Rings 231 (bzw. 232) der Feder 203, und einen Arretierabschnitt 262, der am vorderen Ende des Basisabschnitts 261 derart ausgebildet ist, daß er vom Umfang des Basisabschnitts nach außen vorsteht. Am vorderen Ende des Arretierabschnitts 262 ist eine Schrägfläche 263 ausgebildet. Die Schrägfläche 263 ermöglicht es, daß der Ring 231 (bzw. 232) am oberen oder unteren Ende der Feder 203 am Arretierabschnitt 262 durch Preßsitz arretiert wird. 264 bezeichnet eine Durchgangsbohrung, die eine Hinterschneidung des Arretierungsabschnitts 262 bei der Herstellung des Flächenelements 201 (bzw. 202) beim Formen verhindert.

Wie die Feder 1 der ersten Ausführungsform hat die Feder 203 einen zentralen Ring 233, obere und untere Ringe 231 und 232 und elastische Verbindungselemente 234. Die oberen und unteren Ringe 231 und 232 sind jeweils an den Ober- und Unter­ seiten des zentralen Ringes 233 parallel derart angeordnet, daß zum zentralen Ring 232 koaxial und jeweils um eine Strecke d vom zentralen Ring 233 beabstandet sind. Die elastischen Verbindungselemente 234, von denen jedes die Form eines liegenden U hat, verbinden den zentralen Ring 233 mit jedem Ring 231 und 232 an drei Umfangsstellen.

Von diesen Ringen 231, 232 und 233 hat jeder obere und untere Ring 231 und 232 denselben Radius r1, und ihr zentraler Ring 233 hat einen Radius r2 kleiner als der Radius r1 der oberen und unteren Ringe 231 und 232. Wie Fig. 12 zeigt, ist jedes elastische Verbindungselement 234 längs einer virtuellen Umfangsfläche angeordnet, die durch die Ringe 231, 232 und 233 etwa die Form eines doppelten Kegelstumpfes hat, und ein Endabschnitt 241, der sich an jeden der Ringe 231 und 232 anschließt, und der andere Endabschnitt 242, der sich an den zentralen Ring 233 anschließt, sind in radialer Richtung zueinander so versetzt, daß sie sich in axialer Richtung (der Extraktions/Kontraktionsrichtung der Feder 203) nicht überlappen.

Die Federanordnung 200 für eine Matratze wird aus den Federn 203 und den Flächenelementen 201 und 202 dadurch hergestellt, daß z. B. die unteren Ringe 232 der Federn 203 durch Preßsitz mit den Arretierungselementen 226 des unteren Flächenelements 202 verbunden werden, um die Feder 203 an den jeweiligen Stellen der Ringe 221 starr zu befestigen, das obere Flächenelement 201 auf die am unterem Flächenelement 202 befestigten Federn 203 aufgesetzt wird, und die Arretierungselemente 216 des oberen Flächenelements 201 mit den oberen Ringen 231 der Federn 203 durch Preßsitz verbunden werden.

Auf diese Weise werden mehrere Federn 203 zwischen den oberen und unteren Flächenelementen 201 und 202 gehalten, um eine integrale Federanordnung 200 zu bilden. Es werden dann elastische Lagen, wie z. B. ein Gewebe, eine Wärmeisolierfolie und eine luftdurchlässige Folie auf die Federanordnung 200 gelegt, worauf eine abdeckende Seitenumrandung angebracht wird, um eine Matratze zu bilden. Die so aus der Federanordnung 200 gebildete Matratze ist sehr leicht, und kann daher nicht nur für ein Bett sondern auch als übliche Falttyp- Urethanmatratze verwendet werden.

Jedes Flächenelement 201 und 202 und die Federn 203 werden einstückig aus Kunstharz typischerweise unter Verwendung eines Formwerkzeugs hergestellt. Die Feder 203 kann aus einem Harz hoher Biegefestigkeit hergestellt werden, insbeson­ dere einem mit hoher Dauerbiegespannung z. B. aus Polypropylen, Polyamid oder einem auf Polyacetal basierendem Harz.

Jedes Flächenelement 201 und 202, das erforderlich ist, um eine unabhängige Ver­ formung der Federn 203 zu erreichen, die direkt mit einer Last beaufschlagt werden, kann grundsätzlich aus einem weicheren Harz, bzw. einem Kunstharzelastomer hergestellt werden. Die oberen und unteren Flächenelemente 201 und 202 können hinsichtlich Härte und Flexibilität unterschiedlich sein.

Die Flexibilität jedes Flächenelements 201 und 202 ändert sich in Abhängigkeit von der Dicke jedes Rings 211 (bzw. 221), in Abhängigkeit von den jeweiligen Größen jeder kreisförmigen Öffnung 213 (bzw. 223), jeder Durchgangsöffnung 214 (bzw. 224) und jeder Durchgangsöffnung 215 (bzw. 225). Die Härte der Feder 203 ändert sich in ähnlicher Weise in Abhängigkeit von der Dicke und der Form der Elemente 231, 232, 233 und 234 (insbesondere des elastischen Verbindungselements 234). Daher kann die gesamte Härte der Federanordnung 200 unter Berücksichtigung dieser geometrischen Abmessungen und Materialeigenschaften eingestellt werden. D. h., daß mehrere Arten von Federanordnungen 200 für Matratzen mit unterschiedlichem Verhalten dadurch erhalten werden können, daß unterschiedliche Formen und Materialien mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften für jedes Flächenelement 201 und 202 und die Federn 203 hergestellt werden.

Bei der Verwendung der Federanordnung 200, die aus den Flächenelementen 201 und 202 und den Federn 203 hergestellt ist, wird eine Last in geeigneter Weise durch die Flächenelemente 201 und 202 verteilt und von den Federn 203 aufgenommen, die in Abhängigkeit von dem jeweils einwirkenden Druck elastisch verformt werden. Insbesondere ist es möglich, unerwünschte Vibrationen und Schwingungen der Federanordnung 200, die hervorgerufen werden, wenn sich ein Benutzer im Bett umdreht, aufgrund der Dämpfungseigenschaften infolge der Viskoelastizität der Kunstharzmaterialien, die die Federanordnung bilden, zu unterdrücken und das Auftreten von Geräusch durch Beseitigung des Knarrens zu verhindern, wie dies bei einer üblichen Metallfederanordnung für eine Matratze auftritt, und die Handhabung der Federanordnung beim Transport wegen des reduzierten Gewichts zu erleichtern.

Obwohl bei der obigen Ausführungsform das Flächenelement 201 (bzw. 202) eine solche Form hat, daß die Ringe 211 (bzw. 221) entsprechend den Ringen 231 (bzw. 232) der Federn 203 miteinander in Längsrichtung und seitlich zu einem quadra­ tischen Gittermuster verbunden sind, können die Ringe 211 (bzw. 221) auch zu einem hexagonalen Gittermuster oder zu einer beliebigen Form anders als der Ringform ausgebildet werden, sofern die Form des Rings 211 (bzw. 221) hinsichtlich der Stabilität und der Formbeständigkeit, wie vorstehend beschrieben wurde, gewählt wird.

Bei der obigen Ausführungsform ist die Feder 203 doppel-kegelstumpfförmig ausgebildet und hat drei Stufen aus den Ringen 231, 232 und 233 und oberen und unteren Abschnitten aus den elastischen Verbindungselementen 234 zur Verbindung der Ringe 231, 232 und 233 miteinander, jedoch kann die Anzahl der Stufen aus Ringen und auch die Anzahl der Stufen aus elastischen Verbindungselementen in geeigneter Weise gewählt werden, und die Feder kann eine andere Form als die eines doppelten Kegelstumpfes haben, z. B. eine konische Form.

Eine zweite Ausführungsform der Federanordnung für eine Matratze wird nun anhand der Fig. 15 und 16 beschrieben. Die Federanordnung 300 hat Federn 303 mit oberen und unteren Ringen 331 und 332, die miteinander durch drei elastische Verbindungselemente verbunden sind, die in Umfangsrichtung in gleichen Abständen angeordnet sind. Bei dieser Federanordnung 300 sind die oberen und unteren Ringe 331 und 332 jeder Feder 303 mit Arretierungselementen 316 und 326 fixiert, die an zwei oberen und unteren Flächenelementen 301 bzw. 302 ausgebildet sind, so daß die Feder 303 zwischen den Flächenelementen 301 und 302 gehalten wird.

Bei der Feder 303 ist der Innendurchmesser r2 des oberen Ringes 331 kleiner als der Innendurchmesser r1 des unteren Rings 323, und jedes elastische Verbindungselement 334 ist längs einer virtuellen Umfangsfläche 335 angeordnet, die von den Ringen 331 und 332 gebildet wird. Die so gebildete Feder 303 hat etwa konische Form. Es ist zu beachten, daß die Anordnung der elastischen Verbindungselemente 334 die gleiche wie die der unteren Hälfte der Feder 203 der ersten Ausführungsform ist.

Der obere Ring 331, der den kleinen Innendurchmesser hat, hat einen Flansch 333 mit einem Außendurchmesser gleich dem des unteren Rings 332. Der Flansch 333 hat drei Durchgangsöffnungen (zu arretierende Abschnitte) 336, die in Umfangsrichtung längs eines Kreises abstandsgleich angeordnet sind, der den gleichen Durchmesser wie der Innendurchmesser r1 des unteren Rings 332 hat. Die Arretierungselemente 316 des oberen Flächenelements 301 sind in den Durchgangsöffnungen 336 arretiert. Obwohl bei dieser Formgebung die Feder 303 konisch ist, sind die Formen der oberen und unteren Flächenelemente 301 und 302 einander gleich. Daher können die Teile der Federanordnung 200 der ersten Ausführungsform allgemein für die Federanordnung 300 der zweiten Ausführungsform verwendet werden.

Außerdem sind bei der Federanordnung 300 für eine Matratze, wie sie Fig. 16 zeigt, die Arretierungselemente 326 des unteren Flächenelements 302 durch Verdrehen jedes der Arretierungselemente 326 unter einem Winkel θ bzgl. der axialen Linie y parallel zur Längsrichtung (bzw. der seitlichen Richtung) der Federanordnung 300 asymmetrisch angeordnet, und es wird das gleiche Element wie das des Flächenele­ ments 302 als oberes Flächenelement 301 um die axiale Linie y umgedreht verwen­ det. Daher sind die oberen Arretierungselemente 316 jeweils unter einem Winkel 2 θ gegenüber dem unteren Arretierungselement 326 in Umfangsrichtung versetzt, und entsprechend sind die Durchgangsöffnungen 326 des oberen Rings 331 gegenüber den zu fixierenden Abschnitten des unteren Rings 332 versetzt.

Bei der Federanordnung 300 mit der obigen Formgebung überlappen die oberen und unteren Arretierungselemente 316 und 326, obwohl Teile der oberen und unteren Flächenelemente 301 und 302 gleich sind, einander in der vertikalen Richtung nicht, d. h. in Richtung der Dicke der Federanordnung 300. Selbst wenn daher eine übermäßige Kompressionslast auf die Federanordnung 300 einwirkt, ist es möglich, das Auftreten einer Kollision der oberen und unteren Arretierungselemente 316 und 326 zu verhindern. Es ist möglich, daß die Arretierungselemente 316 und 326 mit einem flachen Abschnitt wie dem Flansch 333 in Kontakt kommen, um einen stabilen Zustand der Federanordnung 300 sicherzustellen. Die obige Formgebung ist nicht wesentlich für den Fall, bei dem die Feder 303 drei oder mehr Abschnitte von Ringen (z. B. die Ringe 331, 332 und 333 bei der ersten Ausführungsform) hat, und dadurch der Kontakt zwischen den oberen und unteren Arretierungselementen 316 und 326 außer Betracht bleibt.

Bei dieser Ausführungsform hat der Flansch 333 der Feder 303 Durchgangsöffnungen 337 an Abschnitten, die sich mit den elastischen Verriegelungselementen 334 in vertikaler Richtung (der Expansions/Kontraktionsrichtung der Federanordnung 303) überlappen sollen, um einen Kontakt zwischen dem Flansch 333 und den elastischen Verbindungselementen 334 zu verhindern. Dadurch erhält man wirksam eine große elastische Verformung der Federanordnung 303.

Bei den obigen Ausführungsformen wird nur die einzelne Feder 203 (bzw. 303) ver­ wendet, jedoch können auch stapelbare Federn verwendet werden, die übereinander angeordnet und miteinander durch eine Klebstoffverbindung, Schweißen oder Einrasten verbunden sind. Außerdem können paarweise elastische Verbindungselemente 234 (bzw. 334) der Feder 203 (bzw. 303) spiegelbildlich zueinander für jedes Paar oder drei oder mehr elastische Verbindungselemente 234 (bzw. 334) in Umfangsrichtung vorgesehen werden. Außerdem können die zwei oder mehr Anordnungsmuster elastischer Verbindungselemente kombiniert werden.

Claims (7)

1. Einstückig aus Kunstharz hergestellte Feder, umfassend mehrere koaxiale und parallele Ringe (2, 3) und elastische Verbindungselemente (4) zur Verbindung der Ringe an mehreren Stellen, wobei die Verbindungselemente (4) längs einer virtuellen Umfangsfläche (5) angeordnet sind, die durch die Ringe (2, 3) gebildet ist und in Umfangsrichtung der Ringe die Form eines liegenden U haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Radien benachbarter Ringe (2, 3) unterschiedlich groß sind und ein erster Endabschnitt (41) und ein zweiter Endabschnitt (42) jedes Verbindungselements (4), die jeweils mit einem benachbarten Ring verbunden sind, einander in axialer Richtung der Feder nicht überlappen.

2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ring (3) Ausschnitte (33) an Abschnitten aufweist, an denen die gekrümmten Abschnitte der diesem Ring benachbarten Verbindungselemente (4) mit dem Ring überlappen, wenn die Feder (1) zusammengedrückt ist.

3. Feder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Endabschnitt (41) und der andere Endabschnitt (42) jedes elastischen Verbindungselements (4) in Umfangsrichtung der Ringe (2, 3) gegeneinander versetzt sind, so daß die Länge eines Arms (41a, 42a) des elastischen Verbindungselements auf der Seite des einen Endabschnittes von der Länge des Armes (41a, 42a) des elastischen Verbindungselementes auf der Seite des anderen Endabschnittes verschieden ist, und daß der mit den längeren Armen (41a, 42a) der elastischen Verbindungselemente (4) verbundene Ring (3) die Ausschnitte (33) hat.

4. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Begrenzungsplatte (121) auf der Seite des Außen- oder Innenumfanges eines der Ringe (102, 103), auf dessen beiden Seiten die elastischen Verbindungsele­ mente (104) mit dem dazwischen gehaltenen Ring (102) angeordnet sind, um zu verhindern, daß die elastischen Verbindungselemente miteinander in Kontakt kommen.

5. Federanordnung für eine Matratze mit mehreren Federn (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 gekennzeichnet durch paarweise obere und untere Gitter-Flächenelemente (201, 202), die auf den Oberseiten Arretierungselemente (216, 226) zur Arretierung der oberen und unteren Enden der Federn (203) aufweisen, wobei die Federn mit dem Paar oberer und unterer Flächenelemente derart fest miteinander verbunden sind, daß sie dazwischen gehalten sind.

6. Federanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenelemente (201, 202) flach miteinander verbundene Ringe (211, 221) mit einer Form entsprechend dem oberen oder unteren Ende der Federn (203) sowie Arretierungselemente (216, 226) haben, die in Umfangsrichtung zur Arretierung der oberen oder unteren Ringe (231, 232) der Federn (203) beabstandet sind.

7. Federanordnung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren Arretierungselemente (216, 226) an den oberen und unteren Flächenelementen (201, 202) derart versetzt sind, daß sie einander in vertikaler Richtung nicht überlappen.