DE202008008652U1

DE202008008652U1 - Kontinuierliche Federelemente für einen Matratzenkern

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Publication number: DE202008008652U1
Application number: DE200820008652
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Weber Erhard Dr De
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2009-11-12
Anticipated expiration: 2018-06-28

Abstract

Kontinuierliche Federelemente für Matratzenkerne aus Stahldraht dadurch gekennzeichnet, dass
a) eine sich wiederholende Federanordnung mit periodisch abwechselnd größeren und kleineren Wicklungsdurchmessern (D, d, D') und variierenden Steigungen zu einer linear angeordneten Spiralfeder (10) gewickelt ist, und
b) davon von der Mitte eines abgelängten Stückes beginnend jeweils Einzelfedern (1, 11) etwa in die Gegenrichtung abgebogen werden, und aus den dazwischen liegenden Teilwindungen (3, 3') eine gebogene Verbindung (13, 13', 23, 23') zur nächsten Einzelfeder (1, 11) entsteht, und
c) diese verbundenen Feder (1, 11) Reihen durch Spiraldrähte (4) oder durch Krampen (5) mit benachbarten, parallelen Reihen an den Windungen (2, 2', 6) mit dem jeweils größten Durchmesser (D, D') zu einem Matratzenkern verbunden sind.

Description

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Federelemente für einen Matratzenkern herzustellen,

– die auf einfache, kontinuierliche Weise aus Stahldraht hergestellt werden können,
– die gegenüber bisherigen Konfigurationen Material einsparen und
– die gleichzeitig eine höhere Punktelastizität aufweisen.

Die Erfindung betrifft eine kontinuierliche Federelement Konfiguration für Matratzenkerne, welche hergestellt sind aus

a) einer zusammenhängend gewickelten, linearen Spiralfeder mit in regelmäßigen Abständen unterschiedlichen Radien und variierender Steigung,
b) aus der durch Umbiegen in die Gegenrichtung an den dafür vorgesehenen Stellen der linearen Spiralfeder Wicklung eine Reihe aus einzelnen Spiralfedern mit einer gebogenen Drahtverbindung zwischen den oberen bzw. den unteren Oberflächenringen entsteht,
c) und diese Spiralfeder Reihen durch Spiraldrähte oder einzelne Krampen um die tangentialen Überschneidungen an den größten Wicklungsdurchmessern verbunden sind.

Im Falle der Bonnell Federform sind die Oberflächenringe, bei der Tonnen Federform sind die Mittelringe durch die Spiraldrähte oder die Krampen verbunden.
Die Tonnen Federn werden vorteilhafter weise in einer Reihe abwechselnd schräg in die eine und die andere Richtung geneigt gebogen, und dann die Reihen jeweils an den Mittelringen mit Spiraldrähten verbunden.
Die Vorteile dieses Matratzenkerns aus zusammenhängenden, verbundenen Spiralfeder Reihen sind:

– Kontinuierliche, einfache und schnelle Herstellung
– Materialersparnis durch Auslassen etwa jeder eineinhalbten oder sogar jeder zweiten Spiralfeder pro Reihe, ermöglicht durch die gebogenen Drahtverbindungen.
– Keine (kaum) Geräuschentwicklung durch die Bonnell – oder Tonnen Federform.

d) Große Punktelastizität bei dem Matratzenkern aus Bonnell Federn und insbesondere bei der Tonnen Federversion mit Mittelring Verbindung und den beiden freien, leicht schräg gestellten, verbundenen Spiralfeder Enden.

Der Liegekomfort des Matratzenkerns aus Tonnen Federn ist durchaus vergleichbar mit dem eines Taschenfederkerns, bei deutlich niedrigeren Herstellungskosten.
Stand der Technik
Bisher wurden in einem Stück hergestellte, eckige Federformen oder kontinuierlich gewickelte Spiralfedern mit durchgehend gleichen Radien als Reihen in Matratzenkernen eingesetzt, welche mit Spiraldrähten oder Krampen verbundenen sind. Keine dieser Konfigurationen weist alle Vorteile der jetzigen Erfindung auf, siehe in der Beschreibung oben.
Die Herstellungszeit und -kosten liegen unter denen für Taschenfederkerne, bei mindestens vergleichbarer Punktelastizität, Komfortabilität und Durchlüftung. Bei den hohen Stahlkosten ist dieser Matratzenkern eine echte und in seiner Federungscharakteristik überlegene Alternative zu den herkömmlichen Kernen.
Figuren
1a und b: Längsschnitt durch eine kontinuierliche, linear gewickelte Spiralfeder 10 in Bonnell Formen 1 mit Taille 7 und zwei Oberflächenringen 2 und 2' und je einem Verbindungshalbring 3, 3'.
1b: Längsschnitt durch eine Reihe von Bonnell Spiralfedern 1 mit Verbindungsbögen 13, 13', aufgebogen (Pfeil V) aus der linear gewickelten Spiralfeder 10.
1c: Draufsicht auf einen Matratzenkern aus Bonnell Spiralfedern 1 Reihen verbunden mit Spiraldrähten 4 um die Oberflächenringe 2 (2'').
2a: Längsschnitt durch eine Reihe aufgebogener (Pfeil V) Bonnell Spiralfedern 1 mit Verbindungsbögen 13, 13'.
2b: Draufsicht auf einen Matratzenkern aus Bonnell Spiralfedern 1 Reihen verbunden mit Krampen 5 um die Oberflächenringe 2 (2'').
3a: Längsschnitt durch eine Reihe von Bonnell Spiralfedern 1 aufgebogen aus einer linearen Spiralfeder (10) Anordnung, 1a, verbunden mit glockenförmigen Verbindungsbögen 23, 23'.
3b: Draufsicht auf einen Matratzenkern aus Bonnell Spiralfedern 1 Reihen verbunden mit Spiraldrähten 4 um die Oberflächenringe 2 (2'') und die glockenförmigen Verbindungsbögen 23, 23'.
4a: Längsschnitt durch eine kontinuierliche, linear gewickelte Spiralfeder 10' in Tonnen Formen 11 mit Mittelring 6 und je einem Oberflächenring 12, 12'' und 12', 12'''.
4a: Längsschnitt durch eine schräg aufgebogene (Pfeil V) Reihe von Tonnen Spiralfedern 11 in schräger Zick-Zack Anordnung.
4c: Draufsicht auf einen Matratzenkern aus schräg gestellten Tonnenfedern 11 mit je zwei ineinander übergehenden Oberflächenringen 12, 12'' (12', 12''') und durch Spiraldrähte 4 verbundenen Mittelringen 6.
5: Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Produktion der linear gewickelten Spiralfeder 10, 10' in Bonnell Formen.
Figurenbeschreibung
In 1a ist der Längsschnitt durch eine linear, kontinuierlich gewickelte Spiralfeder 10 Anordnung mit periodisch abwechselnd großen (D) und kleinen Durchmessern (d) mit den entsprechenden Übergangswindungen 3, 3' und variierender Steigung.
Die periodisch sich wiederholende Federform ist hier eine Bonnell Feder 1 mit einer Übergangswindung 3, 3 ggf. unterschiedlicher Länge L, hier von L = π D/2.
Die Herstellung der linear gewickelten Spiralfedern 10, 10' wird in 6 beschrieben. In 1b ist schematisch das Umbiegen, beginnend von der Mitte eines abgelängten Spiralfeder 1 Stückes, jeweils in die Gegenrichtung der einzelnen Bonnell Feder 1 gezeigt in eine Reihe, wobei die Übergangswindung 3 und 3' in jeweils den Verbindungsbogen 13 und 13' zwischen den großen Oberflächenringen 2 und 2' übergeht. Diese haben dann einen Abstand von etwa A = D/2.
In 1c ist die Draufsicht auf einen Matratzenkern gezeigt, der zusammengesetzt ist aus den Reihen, siehe 1b, welche an den Oberflächenringen 2 (2') an den überschneidendem Kreissegmenten mit Spiraldrähten 4 verbunden sind.
In 2a ist der Längsschnitt durch eine aufgebogenen Reihe von Bonnell Spiralfedern 1 gezeigt mit Verbindungsbögen 3, 3' der Länge L = π D/2, die wieder zu einem Abstand der Federn von A = D/2 führt.
In 2 b ist die Draufsicht auf einen Matratzenkern zu sehen, der aus Reihen von Bonnell Spiralfedern 1 mit Verbindungsbögen 3, 3' von L = π D/2 besteht, welche an den Oberflächenringen 2 (2') mit Krampen 5 an den Überlappungssegmenten verbunden sind.
Die Randreihe wird entweder wieder mit Spiraldraht 4 verbunden oder mit Krampen (5) außen an einem Stahlband Rahmen befestigt (nicht gezeichnet). Das Umbiegen aus der linearen Spiralfeder (10) wird so vorgenommen, dass die Verbindungbögen 23, 23' die Form einer Glockenkurve annehmen, siehe 3b.
3a zeigt den Querschnitt durch eine aufgebogenen Reihe von Bonnell Spiralfedern 1 mit Verbindungsbögen 3, 3' der vollen Länge eines Oberflächenring Umfanges von π D. Das Umbiegen aus der linearen Spiralfeder (10) wird so vorgenommen, dass die Verbindungs-bögen 23, 23' die Form einer Glockenkurve annehmen, siehe 3b. In 3b sind die Reihen der 3a in Draufsicht gezeigt, die parallel zueinander angeordnet und mit Spiraldrähten 4 zu einem Matratzenkern verbunden sind.
Diese Reihen sind so angeordnet, dass das Maximum der Verbindungsbogen 23 (23') Glockenkurve jeweils mit einem oberen 2 (bzw. einem unteren 2') Oberflächenring der Bonnell Feder 1 durch Spiraldrähte verbunden ist.
Dabei sind die Reihen der Bonnell Federn 1 so angeordnet, dass jeweils ein oberer 23 (unterer 23') Verbindungsbogen in einer Reihe jeweils mit einem oberen 2 (bzw. unteren 2') Oberflächenring der Bonnell Federn 1 in der benachbarten Reihe durch Spiraldrähte 4 verbunden ist.
Alle drei Konfigurationen erlauben, die Gesamtzahl der Bonnell Federn 1 pro Matratzenkern zu reduzieren, also Material einzusparen, aufgrund der Verbindungsbögen 13, 13', welche einen größeren Abstand zwischen den Federn 1 erlauben. Dies ist besonders ausgeprägt in der Konfiguration von 3a und b.
Dabei nimmt die Punktelastizität des Matratzenkerns von 1 bis 3 zu und ist besonders für die Konfiguration der 3 deutlich besser als in einem normalen Bonnell Federkern.
Durch die kontinuierliche Herstellung jeder Spiralfeder Reihe wird der Prozess vereinfacht und bei entsprechender Automatisierung auch schneller.
In 4a ist eine linear, kontinuierlich gewickelte Spiralfeder 10' aus Tonnen förmigen Federn 11 mit je zwei Endringen 12, 12'' und 12', 12''' und je einem Mittelring 6 größten Durch-messers D' im Längsschnitt gezeigt.
Diese lineare Anordnung der Tonnenfedern 11 wird durch Umbiegen eines abgelängten Spiralfeder 10' Stückes in der Mitte zwischen den beiden Endringen 12, 12'' und 12', 12''' fast in die Gegenrichtung die in 4b dargestellte, jeweils schräg stehende Zick-Zack Reihe von einzelnen Tonnen Federn 11 verwandelt.
Die Endringe werden dann zu den ineinander übergehenden Oberflächenringen 12, 12'' und 12', 12''' des schräg einander zugeneigten verbundenen Tonnen Feder 11 Paares.
In 4c ist die Draufsicht auf einen Matratzenkern aus parallelen Reihen der schräg gestellten Tonnen Federn 11, gezeigt, die jeweils an den Mittelringen 6 durch Spiraldrähte 4 miteinander verbunden sind.
Benachbarte Reihen sind so angeordnet, dass die miteinander verbundenen Oberflächenringe 12, 12'' (bzw. 12', 12''') jeweils den Lücken mit Weiten von D/2 bis zu D gegenüber zu liegen kommen. Dadurch entstehen freistehende, verbundene Paare von halben Tonnen Federn (11) im Abstand von etwa D/2 bis zu D.
Durch die gegenseitige Abstützung der verbundenen, frei stehenden Paarenden der Tonnen Federn 11 im Abstand von vorteilhafter weise etwa D wird ein Verhaken beim Auflage bedingten Absenken durch die Geometrie der Federn und das Fehlen von freien Drahtenden verhindert.
Diese Version hat die höchste Punktelastizität aller vier vorgestellten Konfigurationen, die mindestens vergleichbar ist mit einem sehr viel aufwendiger hergestellten Taschenfederkern. Der Abstand zwischen den freien Doppenenden 12, 12'' (12', 12''') ist wählbar abhängig von der Höhe der einzelnen Tonnen Federn 11. Für D' = 8 cm, D = 6 cm und einer Höhe H der Tonnen Feder von H = 18 bis 15 cm ist der Abstand vorteilhafter weise auch D = 6 cm. Dann beträgt der Winkel der Schrägstellung 18°C bis 20°C.
Die Mittelringe 6 liegen in der neutralen Faserebene, deshalb werden die Abstände zwischen diesen auch bei unterschiedlicher Absenkung unter Belastung nur wenig verändert. Daher können in der Tonnen Federversion von 4 die Spiraldrähte 4 mit größerem Draht Durchmesser von 1 bis etwa 1,8 mm und mit etwas größeren Wicklungsdurchmesser als in den anderen Konfigurationen verwendet werden. Diese Maßnahme gibt den Tonnen Federkern die nötige Stabilität bei gleichzeitig hoher Punktelastizität aufgrund der freien Paarenden. Bei allen vier gezeigten Varianten muß ein Tempern oder Härten der Federn 1, 11 oder des ganzen Matratzenkerns vorgenommen werden.
Das Härten der Federreihen kann nach dem Umbiege Prozess durch ein Erhitzen der ganzen abgelängten Reihe auf Rotglut mit einem Starkstromstoß erfolgen. Ein Tempern/Härten des ganzen Matratzenkerns wird in einer Durchlauf Kammer bei mindestens 400°C vorgenommen. In beiden Fällen handelt es sich um ein Lufthärten oder Tempern.
Die Vorrichtung zur Produktion der linear gewickelten Spiralfeder 1, 11 in Bonnell oder Tonnen Formen ist in 5 als Querschnitt gezeigt. Sie besteht aus einem rotierenden Hohlzylinder 21 mit einer inneren Schneckennut 22, in die eine linear gewickelte Spiralfeder 20 mit konstantem Durchmesser eingelegt ist. Die Herstellung einer solchen gleichförmigen Spiralfeder 20 ist Stand der Technik und erprobt.
Durch das Rotieren wird die Spiralfeder 20 in Richtung ihrer Achse a transportiert. Zwei Backen 24 in Form eines Kreissegments, welche sich diametral gegenüber stehen, greifen in die Feder 20 Wicklung ein.
Zur radialen (Vr) und lateralen (V1) Versetzung der Backen 24 und damit zur periodischen Veränderung des Durchmessers und der Steigung der Spiralfeder 20 Wicklung ist an die Backen 24 eine runde Kurbelstange 27 angeformt, welche durch eine Führung 28 mit einer Exzenter Scheibe 29 verbunden ist.
Durch ein Versetzen der Führung 28 wird der laterale Hub V1 der Backen 24 wahlweise eingestellt, durch die Wahl der Exzentrizität auf der Scheibe 29 der radiale Hub Vr.
Die Steigung der verformten Spiralfeder 1 (11) kann weiterhin noch über die Phasen beider Exzenter Scheiben 29 zur Verschiebung des rechten und des linken Backens 24 geändert werden.
Ebenso wird durch laterales Verschieben V1 der Backen 24 in Achsenrichtung a die Steigung der Spiralfeder 20 so verändert, sodass die gewünschte Federform einer Bonnell 1 oder Tonnen 11 Feder entsteht. Damit die lineare Fluchtung der entstandenen, umgeformten Spiralfeder 1 (11) gewährleistet ist, wird diese durch ein Rohr 26 geführt, welches oben leicht trichterförmig geöffnet ist.
Durch diese Veränderungen lässt sich sowohl eine Bonnell 1 als auch eine Tonnen 11 Feder mit verschiedenen Übergangs- und Oberflächenringen 12, 12'–12'''' herstellen.
Zur leichteren Umformung der linearen Spiralfeder 20 in die Federn 1 (11) kann ein nur teilgehärteter Stahldraht verwendet werden. Nach der Umformung und dem Umbiegen in die Reihe von verbundenen Bonnell 1 oder Tonnen 11 Federn wird dann ein Härten durch Stromerhitzung mit nachfolgender, forcierter Luft-, Luft- plus Wasserdampf-, ggf. sogar Wasser- oder Ölabschreckung vorgenommen.

Claims

Kontinuierliche Federelemente für Matratzenkerne aus Stahldraht dadurch gekennzeichnet, dass a) eine sich wiederholende Federanordnung mit periodisch abwechselnd größeren und kleineren Wicklungsdurchmessern (D, d, D') und variierenden Steigungen zu einer linear angeordneten Spiralfeder (10) gewickelt ist, und b) davon von der Mitte eines abgelängten Stückes beginnend jeweils Einzelfedern (1, 11) etwa in die Gegenrichtung abgebogen werden, und aus den dazwischen liegenden Teilwindungen (3, 3') eine gebogene Verbindung (13, 13', 23, 23') zur nächsten Einzelfeder (1, 11) entsteht, und c) diese verbundenen Feder (1, 11) Reihen durch Spiraldrähte (4) oder durch Krampen (5) mit benachbarten, parallelen Reihen an den Windungen (2, 2', 6) mit dem jeweils größten Durchmesser (D, D') zu einem Matratzenkern verbunden sind.
Kontinuierliche Federelemente nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass a) die Einzelfedern (1) eine Bonnell Form haben und jeweils in einer Reihe angeordnet sind und an den äußeren Oberflächenringen (12, 12'') und (12', 12''') mit Spiraldrähten (4) oder Krampen (5) verbunden sind, und b) die gebogenen Verbindungen (13, 13') zwischen den Einzelfedern (1) in benachbarten Reihen abwechselnd unten bzw. oben angeordnet sich gegenüber stehen.
Kontinuierliche Federelemente nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der gebogenen Verbindung (13, 13') aus einer Halb- oder einer Vollkreis Windung besteht.
Kontinuierliche Federelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass a) die Länge des Verbindungsbogens (13, 13') aus einer Vollkreiswindung besteht, b) dieser Verbindungsbogen (13, 13') beim Umbiegen aus der linear gewickelten Spiralfeder (10) die Form einer Glockenkurve annimmt, deren Maximum an einem Oberflächenring (2, 2') der benachbarten Reihe stößt und mit diesem durch Spiraldrähte (4) oder Krampen (5) verbunden ist.
Kontinuierliche Federelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass a) die Einzelfedern (11) die Form einer Tonne haben, und b) die Abbiegung aus der linear angeordneten Spiralfeder (10) so erfolgt, dass die Einzelfedern abwechselnd schräg gestellt in einer Reihe angeordnet sind, und abwechselnd die Oberflächenringe (12, 12'') und (12', 12''') aneinander grenzend ineinander übergehen und diese Paarenden einen Abstand von D/2 bis zu D zum nächsten Paar aufweisen, und c) die Mittelringe (6) mit dem größten Durchmesser (D') benachbarter Reihen so miteinander durch Spiraldrähte (4) verbunden sind, dass jeweils die verbundenen Oberflächenringe (12, 12') und (12', 12''') gegenüber der Abstandslücke (D/2 bis D) in der benachbarten Reihe zu liegen kommen, und d) die Spiraldrähte (4) einen Drahtdurchmeser von 1 bis 1,9 mm aufweisen.
Kontinuierliche Federelemente nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die lineare Spiralfeder 10 in einer automatischen Wickel Vorrichtung mit kontinuierlicher Drahtzufuhr hergestellt wird.
Vorrichtung zur Produktion einer kontinuierlich, linear gewickelten Spiralfeder, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine kontinuierlich, linear gewickelten Spiralfeder (21) mit einem konstanten Windungsdurchmesser (D'') durch einen rotierenden Hohlzylinder (20) mit einer Schneckennut (22) in Achsenrichtung (a) transportiert wird, und b) zwei Backen (24) mit U-förmigen Führungsnuten (25) in die Windungen der Spiralfedern (40) eingreifen und deren Durchmesser (D) und deren Steigung durch periodische, radiale (Vr) und laterale (V1) Verschiebungen der Backen (24) so verändern, dass eine lineare Reihe von Bonnell (10) bzw. Tonnen Federn (10') entsteht., und c) die Verschiebungen (Vr) und (V1) durch je eine Kurbelstange (27) verbunden mit einer Exzenterscheibe (29), welche an die beiden Backen (24) angeschlossen ist und in einer Führung läuft, vorgenommen wird, oder d) die Verschiebungen (Vr) und (V1) der Backen (24) durch eine CNC Steuerung vorgenommen wird.
Kontinuierliche Federelemente für Matratzenkerne nach einem der Ansprüche 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, dass die abgelängten, abgebogenen Reihen von Spiralfedern (1, 11) durch einen Starkstromstoß erhitzt und durch anschließendes Abkühlen in Luft oder einer Flüssigkeit gehärtet werden.
Kontinuierliche Federelemente für Matratzenkerne nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass der fertiggestellte Matratzenkern in einer Heizkammer bei der dazu nötigen Temperatur getempert wird.