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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Federelement, mit welchem sich
ein Sitz- oder Liegeelement elastisch in Richtung einer Federachse
abstützen
lässt.
Das Federelement weist eine Grundplatte, zumindest eine erste Mehrzahl
an in Richtung der Federachse von der Grundplatte beabstandeten
Tragplatten sowie zumindest eine erste Mehrzahl an von der Grundplatte
abzweigenden Federarmen auf, welche die Tragplatten mit der Grundplatte
verbinden.
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Derartige
Federelemente werden beispielsweise als Teil einer Untermatratze
mit einer Vielzahl von über
mindestens einen Teil der Untermatratze verteilt angeordneten, voneinander
unabhängigen derartigen
Stützkörpern zur
Abstützung
einer Obermatratze oder als Federkern einer Obermatratze eingesetzt.
In Untermatratzen ersetzen sie in den entsprechenden Bereichen die
herkömmlichen
Federleisten und bringen den Vorteil einer quasi punktelastischen
Abstützung
mit sich.
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Ein
derartiges Federelement ist beispielsweise aus der
EP 1 335 148 A2 bekannt,
welches sich infolge seiner konstruktiven Ausgestaltung vor allem hinsichtlich
seiner Resthöhe
bei vollständiger
Kompression als vorteilhaft erweist. Um Reibungserscheinungen zwischen
dem Federelement und einer davon abgestützten Matratze zu minimieren,
weisen bei dem bekannten Federelement die beiden entgegengesetzt
geneigten Abschnitte der Federstreben des Federelements unterschiedliche
Steigungen auf, so dass die oberen Stützflächen trotz unterschiedlicher Länge der
Abschnitte nicht über
der unteren Stützflächen zum
Liegen kommen. Die Tragplatten senken sich also bei Belastung weitgehend
senkrecht ab.
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Die
der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe besteht somit darin, ein
Federelement anzugeben, welches hinsichtlich etwaiger Reibungserscheinungen
noch weiter verbesserte Eigenschaften aufweist.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit einem Federelement
gelöst,
welches die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Insbesondere erfolgt
die Lösung
der Aufgabe dadurch, dass die Tragplatten jeweils über einen
um eine zu der Federachse parallele Achse gewendelten Federarm mit der
Grundplatte verbunden sind. Insbesondere können die Federarme bogenförmig gewendelt
sein, was bedeutet, dass die Federarme an keiner Stelle Diskontinuitäten im Sinne
knickartiger Abwinklungen aufweisen.
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Durch
die erfindungsgemäße Wendelform kann
sichergestellt werden, dass sich die einzelnen Tragplatten bei einer
vertikalen Belastung im Wesentlichen nur senkrecht bewegen, so dass
es keine horizontalen Bewegungsanteile auszugleichen gilt. Darüber hinaus
erweist sich die Wendelform der Federelemente auch dahingehend als
vorteilhaft, dass dadurch die aufgebrachte Belastung sehr gleichmäßig abgetragen
werden kann.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform des
Federelements können
die Federarme derart gewendelt sein, dass sie die zugehörigen Tragplatten zumindest
teilweise umgreifen. Infolge der Umgreifung der Tragplatten durch
die Federarme werden etwaige horizontale Bewegungsanteile ausgeglichen, so
dass sich die Tragplatten bei einer Kompression infolge einer Belastung
im Wesentlichen in einer senkrechten Richtung nach unten bewegen
und folglich keine Relativbewegungen sowie damit verbundene Reibungserscheinungen
zwischen dem Sitz- oder Liegeelement und den Tragplatten auftreten.
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Darüber hinaus
lässt sich
durch die gewendelte Ausbildung der Federarme der mögliche Hub der
Federelemente leicht variieren, indem die Federarme die Tragplatten
je nach Größe des gewünschten
Hubs bei vorgegebener Steigung mehr oder weniger weit umgreifen.
Auf diese Weise kann der Hub der Federelemente variiert werden,
ohne dabei durch eine Veränderung
der Steigung der Federarme die Steifigkeitseigenschaften des Federelements
verändern
zu müssen.
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Alternativ
oder auch in Ergänzung
zu der Umgreifung der Tragplatten können die Federarme auch derart
gewendelt sein, dass sie die Grundplatte in Richtung der Federachse
betrachtet zumindest teilweise umgreifen. Die einzelnen Federarme
können
dabei ineinander verschachtelt sein, wodurch ein kompaktes Federelement
erzeugt werden kann, welches nur wenig Platz in Anspruch nimmt.
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Gemäß einer
besonderen Ausführungsform umgreifen
die Federarme die zugehörigen
Tragplatten ausgehend von der Grundplatte um zumindest 180°. So können sich
die einzelnen Federarme beispielsweise spiralförmig um die einzelnen Tragplatten
in Richtung der Federachse betrachtet herumwickeln, um an einem
beliebigen Punkt an der jeweiligen Tragplatte anzugreifen, womit
dem gesamten Federelement eine gute Stabilität verliehen werden kann.
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Je
nachdem, wie weit sich die Federarme um die Tragplatten herumschrauben,
fällt die
Länge der Federarme
länger
oder kürzer
aus. Auf diese Weise kann eine Einstellung der Federelemente hinsichtlich der
Federhärte
vorgenommen werden. So wird beispielsweise ein Federelement, dessen
Federarme die Tragplatten um 360° umgreifen,
bei gleicher Federhöhe
eine geringere Federhärte
aufweisen, als ein Federelement, dessen Federarme die zugehörigen Tragplatten
lediglich um 180°,
270° oder
einen beliebigen anderen Winkel kleiner als 360° umgreifen. Es lässt sich
somit durch den Umgreifungswinkel die Federsteifigkeit des Federelements
variieren, ohne die Querschnittsabmessungen der Federarme oder die
relative Anordnung der Trägerplatten
in Bezug auf die Grundplatte ändern
zu müssen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
des Federelements kann eine besonders kompakte Gestalt und damit
ein besonders kleinbauendes Federelement dadurch erzeugt werden,
dass die Federarme so angeordnet werden, dass sie tangential von der
Grundplatte abzweigen. Auf diese Weise lässt sich insbesondere die bereits
angesprochene Verschachtelung der Federarme gut realisieren. Durch die
tangentiale Anbindung der Federelemente an die Grundplatte lassen
sich darüber
hinaus die Federarme so ausbilden, dass sie durchgehend nur in eine Richtung
gekrümmt
sind, wodurch sich Beanspruchungsdiskontinuitäten infolge ansonsten erforderlicher
Krümmungsänderungen
vermeiden lassen.
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Um
eine gleichmäßige Punktlagerung
eines Liegeelements, beispielsweise einer Matratze gewährleisten
zu können,
ist es grundsätzlich
von Vorteil, die Untermatratze mit möglichst vielen Tragplatten
auszustatten, um auf diese Weise eine möglichst hohe Auflösung des
Belastungsbildes realisieren zu können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird
daher vorgeschlagen, dass das Federelement vier Tragplatten umfasst,
welche jeweils über
einen Federarm an der Grundplatte angeschlossen sind. Gegenüber Federelementen
mit nur einer Tragplatte kann der Bedarf an Federelementen dadurch
auf ein Viertel reduziert werden.
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Um
nicht Gefahr zu laufen, dass ein mittels der erfindungsgemäßen Federelemente
gelagertes Liegeelement einer Drehkraft unterworfen wird, welche
unter Umständen
durch die gewendelte Ausbildung der Federelemente hervorgerufen
werden kann, können
die einzelnen Federarme der ersten Mehrzahl an Federarmen paarweise
entgegengesetzt zueinander gewendelt sein.
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Da
es wünschenswert
ist, die erfindungsgemäßen Federelemente
einstückig
aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise unter Verwendung eines Spritzgussverfahrens
herzustellen, sollte das erfindungsgemäße Federelement in Richtung
der Federachse betrachtet keine Hinterschneidungen aufweisen, die
eine einstückige
Herstellung nur unter Verwendung von Schiebern zusätzlich zu
den üblichen Formhälften erlauben.
Durch die einstückige
Herstellung lässt
sich das Federelement verhältnismäßig kostengünstig herstellen.
Ferner ermöglicht
die Einstückigkeit
des Federelements eine zügige
Montage, wobei durch die einstückige
Anbringung mehrerer Tragplatten an der Grundplatte gleichzeitig
eine hohe Auflösung
sichergestellt werden kann, ohne dass dadurch die Montagezeiten
verlängert
werden.
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Nach
einer Ausgestaltung der Erfindung, welche auch unabhängig beansprucht
wird, ist das Federelement so ausgeführt, dass es eine zweite Mehrzahl
an von der Grundplatte beabstandeten Tragplatten aufweist, welche
sich auf der anderen Seite der Grundplatte befinden als die erste
Mehrzahl an Tragplatten und welche mit der Grundplatte über eine
zweite Mehrzahl an Federarmen verbunden sind. Die Federarme weisen
dabei bevorzugt ebenfalls eine derart gewendelte Gestalt auf, dass
sie in Richtung der Federachse betrachtet die zugehörigen Tragplatten
und/oder die Grundplatte zumindest teilweise umgreifen. Ein derartiges
zur Grundplat te symmetrisches Federelement lässt sich insbesondere als Federkomponente
bei einer Federkernmatratze verwenden.
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Im Übrigen lassen
sich sämtliche
in Bezug auf die erste Mehrzahl an Tragplatten und die erste Mehrzahl
an Federelementen gemachten Ausführungen
in entsprechender Weise auf die hier in Rede stehende zweite Mehrzahl
an Tragplatten und die zweite Mehrzahl an Federelementen übertragen,
so dass insofern auf die voranstehenden Passagen verwiesen werden
kann.
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Um
ferner bei der symmetrischen Ausführungsform einer zu starken
Verwindung des Federelements entgegenzuwirken, können die Federarme der ersten
Mehrzahl an Federarmen in die gleiche Richtung gewendelt sein wie
die Federarme der zweiten Mehrzahl an Federarmen. Alternativ können jedoch
auch die Federarme der ersten Mehrzahl an Federarmen und die Federarme
der zweiten Mehrzahl an Federarmen in entgegengesetzter Richtung gewendelt
sein, wodurch bei einer Kompression der Federelemente lediglich
eine freie Drehung der Grundplatte um die Federachse herum einsetzen wird,
sodass keine Spannungen infolge behinderter Verformungen auftreten
können.
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Um
die Herstellung des Federelements unter Verwendung eines Spritzgussverfahrens
zu erleichtern, ist das Federelement gemäß einer besonderen Ausführungsform
so aufgebaut, dass die Grundplatte, die Tragplatten der ersten und
gegebenenfalls der zweiten Mehrzahl an Tragplatten sowie die Federarme
der ersten und gegebenenfalls der zweiten Mehrzahl an Federarmen
so angeordnet sind, dass sie sich in Federrichtung betrachtet gegenseitig
nicht überdecken.
Im Falle, dass sich die Federarme um mehr als 360° um die Tragplatten
herum wendeln, liegen die einzelnen Windun gen der Federarme hierfür wie bei
einer Spiralfeder auf sich verjüngenden
Radialbahnen.
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Im
Folgenden wird das erfindungsgemäße Federelement
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Figuren exemplarisch erläutert.
An dieser Stelle sei betont, dass die in den Figuren gezeigte Ausführungsbeispiele
lediglich dem besseren Verständnis der
Erfindung dienen und insbesondere nicht als den Schutzbereich einschränkend aufgefasst
werden würfen,
wobei:
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1 eine
Draufsicht auf eine erste Ausführungsform
eines einseitigen erfindungsgemäßen Federelements
zeigt;
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2 eine
perspektivische Darstellung des Federelements der 1 zeigt;
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3 eine
Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform
eines einseitigen erfindungsgemäßen Federelements
zeigt;
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4 eine
perspektivische Darstellung des Federelements der 3 zeigt;
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5 eine
Untersicht einer Ausführungsform
eines symmetrischen Federelements zeigt; und
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6 eine
perspektivische Darstellung des Federelements der 5 zeigt.
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In
allen Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Komponenten
mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet.
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Wie
der 1 entnommen werden kann, besteht das erfindungsgemäße Federelement 10 in
der dargestellten Ausführungsform
im Wesentlichen aus einer zentrisch angeordneten Grundplatte 46,
um welche herum in der Draufsicht betrachtet vier Tragplatten 12, 14, 16, 18 in
regelmäßigen Abständen angeordnet
sind. In der dargestellten Ausführungform weist
das Federelement 10 vier Tragplatten 12, 14, 16, 18 auf,
jedoch ist es selbstverständlich
auch möglich,
das Federelement 10 mit nur drei oder mehr als vier Tragplatten 12, 14, 16, 18 auszustatten.
Jede der Tragplatten 12, 14, 16, 18 ist
mit der Grundplatte 46 über
jeweils einen Federarm 30, 32, 34, 36 mit
kreisrunder Querschnittsgeometrie verbunden, wobei die Federarme
eine derart gewendelte Gestalt aufweisen, dass sie in Richtung der
Federachse I (siehe 2) betrachtet die jeweils zugehörige Tragplatte 12, 14, 16, 18 zumindest
teilweise umgreifen. Um eine möglichst
gedrungene Gestalt zu erreichen, zweigen die Federarme 30, 32, 34, 36 im
Wesentlichen tangential von dem Grundkörper 46 ab, wodurch
gleichzeitig eine Krümmung
der Federarme 30, 32, 34, 36 in
unterschiedlichen Richtungen vermieden werden kann. Die Federarme 30, 32, 34, 36 schließen ebenfalls
tangential an den Tragplatten 12, 14, 16, 18 an,
so dass die Tragplatten 12, 14, 16, 18 im
Wesentlichen mittig zu der Wendelung der Federarme 30, 32, 34, 36 angeordnet
sind.
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Wie
in Verbindung mit der 2 erkannt werden kann, sind
die Tragplatten 12, 14, 16, 18 nicht nur
in radialer Richtung von der Grundplatte 46 sondern auch
in axialer Richtung I von der Grundplatte 46 beabstandet,
womit sich das Federelement 10 infolge der Elastizität der Federarme
in axialer Richtung bei einer Druckbeaufschlagung komprimieren lässt. Durch
die Steigung der Federarme 30, 32, 34, 36 lässt sich
dabei die Steifigkeit des Federelements 10 einstellen.
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Zwar
umgreifen üblicherweise
die einzelnen Federarme 30, 32, 34,36 ein
und desselben Federelements 10 die einzelnen Tragplatten 12, 14, 16, 18 um
jeweils denselben Winkelbetrag, wie dies beispielsweise bei den
Federarmen 30, 32, 34, 36 der Fall
ist, welche die zugehörigen
Tragplatten 12, 14, 16, 18 um
jeweils etwa 315° umgreifen.
Grundsätzlich
können
sich jedoch auch einzelne Federarme unterschiedlich weit um die
Tragplatten herum erstrecken, um auf diese Weise eine ganz gezielte
Härteabstimmung
der Federelemente 10 zu erreichen, so dass beispielsweise
unterschiedliche Härten
in benachbarten Matratzenbereichen eingestellt werden können.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Federelements 10 erweist sich nun dahingehend als vorteilhaft,
dass sich bei einer Belastung des Federelements 10 in Federrichtung
I die einzelnen Tragplatten 12, 14, 16, 18 ausschließlich in
axialer Richtung I senken. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Federarme 30, 32, 34, 36 wendelartig
ausgeführt und
die einzelnen Tragplatten in etwa konzentrisch zu den Windungen
der Federarme 30, 32, 34, 36 angeordnet
sind, was zur Folge hat, dass keine oder nur geringe horizontale
Bewegungskomponenten hervorgerufen werden.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 und 4 eine
andere Ausführungsform eines
Federelements 10 beschrieben, bei dem die Federarme 30, 32, 34, 36 nicht
die Tragplatten 12, 14, 16, 18 sondern
die Grundplatte 46 zumindest teilweise umgreifen. Wie der 3 entnommen
werden kann, besteht auch hier das erfindungsgemäße Federelement 10 im
Wesentlichen aus einer zentrisch angeordneten Grundplatte 46,
um welche herum in der Draufsicht betrachtet vier Tragplatten 12, 14, 16, 18 in
regelmäßigen Abständen angeordnet
sind. Selbstverständlich
ist es auch möglich,
das Federelement 10 mit nur drei oder mehr als vier Tragplatten 12, 14, 16, 18 auszustatten.
Jede der Tragplatten 12, 14, 16, 18 ist
mit der Grundplatte 46 über
jeweils einen Federarm 30, 32, 34, 36 mit
kreisrunder Querschnittsgeometrie verbunden, wobei die Federarme 30, 32, 34, 36 hier
jedoch eine derart gewendelte Gestalt aufweisen, dass sie in Richtung
der Federachse I (siehe 2) betrachtet die Grundplatte 46 zumindest
teilweise, beispielsweise wie hier um etwa 270°, umgreifen. Um eine möglichst
gedrungene Gestalt zu erreichen, zweigen die Federarme 30, 32, 34, 36 im Wesentlichen
tangential von dem Grundkörper 46 ab, wodurch
gleichzeitig eine Krümmung
der Federarme 30, 32, 34, 36 in
unterschiedlichen Richtungen vermieden werden kann.
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Wie
der 3 sehr deutlich entnommen werden kann, verringert
sich der Windungsdurchmesser zunehmend in Richtung der Grundplatte 46,
so dass ein sehr kompaktes Federelement ohne Hinterschneidungen
zur Verfügung
gestellt werden kann.
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Wie
in Verbindung mit der 4 erkannt werden kann, sind
auch hier die Tragplatten 12, 14, 16, 18 nicht
nur in radialer Richtung von der Grundplatte 46 sondern
auch in axialer Richtung I von der Grundplatte 46 beabstandet,
womit sich das Federelement 10 infolge der Elastizität der Federarme
in axialer Richtung bei einer Druckbeaufschlagung komprimieren lässt. Durch
die Steigung der Federarme 30, 32, 34, 36 lässt sich
dabei die Steifigkeit des Federelements 10 bestimmen.
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Die
erfindungsgemäße Ausgestaltung
des Federelements 10 erweist sich wiederum dahingehend
als vorteilhaft, dass bei einer Belastung des Federelements 10 in
Federrichtung I die einzelnen Tragplatten 12, 14, 16, 18 sich
ausschließlich
in axialer Richtung I senken.
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Unter
Bezugnahme auf die 5 und 6 wird ein
zur Grundplatte 46 symmetrisch aufgebautes Federelement 10 beschrieben.
Dieses symmetri sche Federelement 10 weist einen oberen
Federbereich A oberhalb der Grundplatte 46 und einen unteren
Federbereich B unterhalb der Grundplatte 46 auf, wobei
der obere Federbereich A entsprechend der in den 1 und 2 gezeigten
Ausführungsform durch
vier Tragplatten 12, 14; 16, 18 gebildet
wird, welche mit vier Federarmen 30, 32, 34, 36 an
die Grundplatte angeschlossen sind. Bezüglich des oberen Federbereichs
A kann insofern auf die Ausführungen
zu den 1 und 2 verwiesen werden, da der obere
Federbereich A mit dem Aufbau des dort gezeigten Federelements 10 grundsätzlich übereinstimmt.
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Prinzipiell
entspricht der Aufbau des unteren Federbereichs B dem Aufbau des
oberen Federbereichs A. So sind auch im Federbereich B unterhalb der
Grundplatte 46 um dieselbe herum in der Untersicht der 5 betrachtet
vier Tragplatten 12', 14', 16', 18' in regelmäßigen Abständen angeordnet,
welche sich direkt unterhalb der oberen Tragplatten 12, 14, 16, 18 befinden.
Jede der unteren Tragplatten 12', 14', 16', 18' ist mit der Grundplatte 46 über jeweils
einen Federarm 30', 32', 34', 36' mit kreisrunder Querschnittsgeometrie
verbunden, wobei die Federarme 30', 32', 34', 36' eine derart gewendelte Gestalt aufweisen,
dass sie in Richtung der Federachse I (siehe 2) betrachtet
die jeweils zugehörige
Tragplatte 12', 14', 16', 18' zumindest teilweise
umgreifen. Allerdings wendeln sich hier die Federarme 30', 32', 34', 36' in entgegengesetzter
Richtung zu den oberen Federarmen 30, 32, 34, 36 um
die Tragplatten 12', 14', 16', 18' herum, wodurch
Zwangsspannungen infolge behinderter Verformungen weitestgehend ausgeschlossen
werden können.
Um eine möglichst kompakte
Gestalt zu erreichen, zweigen auch hier die Federarme 30', 32', 34', 36' im Wesentlichen
tangential von dem Grundkörper 46 ab,
wodurch gleichzeitig eine Krümmung
der Federarme 30, 32, 34, 36 in
unterschiedlichen Richtungen vermieden werden kann.
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Der
Aufbau des unteren Federbereichs B entspricht somit bis auf die
Tatsache, dass die Federarme 30', 32', 34', 36' entgegengesetzt gewendelt sind,
vollkommen dem Aufbau des oberen Federbereichs A, so dass auf weitere
Ausführungen
verzichtet werden kann.
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- 10
- Federelement
- 12,
14, 16, 18
- Tragplatten
im Bereich A
- 30,
32, 34, 36
- Federarme
im Bereich A
- 12', 14', 16', 18'
- Tragplatten
im Bereich B
- 30', 32', 34', 36'
- Federarme
im Bereich B
- 46
- Grundplatte
- A
- oberer
Federbereich
- B
- unterer
Federbereich
- I
- Federrichtung