ES2977948T3 - Resorte helicoidal en espiral con respuesta de carga variable y colchones que incluyen el mismo - Google Patents
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Abstract
Se proporciona un resorte de bobina dentro de bobina que presenta una respuesta de carga variable a medida que se comprime el resorte. El resorte de bobina dentro de bobina comprende un alambre continuo que forma una bobina interna que tiene una forma sustancialmente cónica y una bobina externa que se extiende alrededor de la bobina interna y que tiene una forma sustancialmente cilíndrica. La bobina interna incluye una pluralidad de convoluciones helicoidales con diámetros que disminuyen progresivamente a medida que la pluralidad de convoluciones helicoidales se extienden desde un extremo inferior del resorte de bobina dentro de bobina hasta una convolución del extremo superior de la bobina interna. La bobina interna también tiene una altura sin comprimir que es aproximadamente el 75 % de la altura sin comprimir de la bobina externa. Se proporciona además un colchón que incluye los resortes de bobina dentro de bobina dispuestos en una matriz. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Resorte helicoidal en espiral con respuesta de carga variable y colchones que incluyen el mismo
Campo técnico
La presente invención se refiere a un resorte helicoidal en espiral de acuerdo con la parte de preámbulo de la reivindicación 1. Tal resorte helicoidal en espiral se conoce a partir del documento US 2010/257675 A1
En particular, la presente invención se refiere a resortes helicoidales en espiral que están hechos de un alambre continuo y muestran una respuesta de carga variable cuando se comprimen.
Antecedentes
Normalmente, cuando se aplica una carga uniaxial a un resorte, el resorte exhibe una tasa de compresión lineal. Es decir, se necesita el doble de fuerza para comprimir un resorte típico 50,8 mm (dos pulgadas) que para comprimir el mismo resorte 25,4 mm (una pulgada). La respuesta lineal de los resortes se expresa mediante la ley de Hooke, que establece que la fuerza (F) necesaria para extender o comprimir un resorte una cierta distancia (D) es proporcional a esa distancia. Esta relación se expresa matemáticamente como F=kD, donde k representa la constante de resorte para un resorte particular. Una constante de resorte alta indica que el resorte requiere más fuerza para comprimirse, y una constante de resorte baja significa que el resorte requiere menos fuerza para comprimirse.
Los resortes de respuesta lineal, tales como resortes helicoidales de alambre, se usan comúnmente como resortes internos de colchón en combinación con acolchado y tapicería que rodean los resortes internos. La mayoría de los resortes internos de colchón están compuestos por una matriz de resortes helicoidales de alambre que a menudo están unidos por las circunvoluciones de los extremos de los resortes helicoidales junto con alambres transversales. Una ventaja de esta disposición es que es económica de fabricar. Sin embargo, este tipo de resorte interno proporciona una superficie de colchón firme y rígida.
Una alternativa a un colchón de resortes internos es un colchón construido con una o más capas de espuma. A diferencia de un colchón de resortes internos compuesto por una matriz de resortes helicoidales de alambre, los colchones de espuma exhiben una respuesta no lineal a las fuerzas aplicadas al colchón. En particular, un colchón de espuma proporciona más soporte a medida que aumenta la carga. Por ejemplo, un colchón de espuma típico proporciona un mayor soporte después de que se haya comprimido aproximadamente el 60 % de la compresión máxima de la espuma. La respuesta no lineal de los colchones de espuma proporciona una comodidad de sueño mejorada para un usuario. Sin embargo, las propiedades mecánicas de cierta espuma pueden degradarse con el tiempo, lo que afecta a la comodidad general del colchón de espuma. De manera adicional, los colchones de espuma son a menudo más costosos de producir que los colchones de resortes metálicos.
Sumario
La presente invención se refiere a un resorte helicoidal en espiral de acuerdo con la reivindicación 1. Las reivindicaciones 2 a 14 contienen realizaciones ventajosas del resorte helicoidal en espiral. En detalle, la presente invención se refiere a resortes helicoidales en espiral que proporcionan una respuesta de carga variable a medida que se comprime el resorte helicoidal en espiral. En particular, la presente invención se refiere a resortes helicoidales en espiral hechos de un alambre continuo enrollado helicoidalmente de manera que una espira exterior cilíndrica se extiende alrededor de una espira interior cónica. Los resortes helicoidales en espiral de la presente invención se usan dentro de un colchón para proporcionar a un usuario colocado en el colchón un mayor soporte para las porciones del cuerpo del usuario donde se aplica una carga mayor al colchón. Por tanto, el colchón que incluye los resortes helicoidales en espiral de la presente invención proporciona al usuario el soporte no lineal que se ve típicamente en un colchón de espuma, pero mediante el uso de resortes.
En algunas realizaciones de la presente invención, se proporciona un resorte helicoidal en espiral hecho de un alambre continuo que forma una espira interior que tiene una forma sustancialmente cónica y una espira exterior que se extiende alrededor de la espira interior y que tiene una forma sustancialmente cilíndrica. Más específicamente, la espira interior del resorte helicoidal en espiral incluye una circunvolución de extremo superior y una pluralidad de circunvoluciones helicoidales que se extienden en sentido horario desde un extremo inferior del resorte helicoidal en espiral hasta la circunvolución de extremo superior de la espira interior. De manera similar, la espira exterior incluye una circunvolución de extremo superior y una pluralidad de circunvoluciones helicoidales que se extienden en una dirección en sentido antihorario desde el extremo inferior del resorte helicoidal en espiral hasta la circunvolución de extremo superior de la espira exterior. Cada circunvolución del resorte helicoidal en espiral está compuesta por una porción del alambre continuo sustancialmente igual a aproximadamente una vuelta del alambre continuo (es decir, aproximadamente 360° de la trayectoria helicoidal del alambre continuo). La circunvolución de extremo superior de la espira exterior del resorte helicoidal en espiral forma un bucle sustancialmente plano en la porción más superior del resorte helicoidal en espiral. De manera similar, el extremo inferior del resorte helicoidal en espiral también forma un bucle sustancialmente plano en la porción más inferior del resorte helicoidal en espiral. De esta forma, el resorte helicoidal en espiral termina en cada extremo en una forma generalmente plana que sirve como las estructuras de extremo de soporte del resorte helicoidal en espiral, como se analiza más adelante.
Con respecto a la configuración del resorte helicoidal en espiral, el diámetro de alambre del alambre continuo del resorte helicoidal en espiral varía de aproximadamente 1,8288 mm (0,072 pulgadas) a aproximadamente 20,32 mm (0,080 pulgadas), con un intervalo preferido de aproximadamente 1,8288 mm (0,072 pulgadas) a aproximadamente 1,9304 mm (0,076 pulgadas). De manera adicional, el alambre continuo 20 tiene una resistencia a la tracción de entre aproximadamente 1,71679 MPa (240 kpsi) y aproximadamente 1,79264 MPa (260 kpsi), con una resistencia a la tracción preferida de aproximadamente 1,72369 MPa (250 kpsi).
Centrándose ahora más específicamente en la espira interior del resorte helicoidal en espiral, la circunvolución de extremo superior tiene un diámetro y cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales de la espira interior tiene un diámetro que disminuye progresivamente a medida que la pluralidad de circunvoluciones helicoidales se extienden desde el extremo inferior del resorte helicoidal en espiral hasta la circunvolución de extremo superior de la espira interior. En particular, la circunvolución del extremo superior tiene un diámetro de aproximadamente 25,5 mm y cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales de la espira interior tiene un diámetro que varía de aproximadamente 27,5 mm a aproximadamente 57,5 mm. Por ejemplo, en algunas realizaciones, la espira interior comprende ocho circunvoluciones helicoidales con las primeras circunvoluciones helicoidales que tienen un diámetro de aproximadamente 57,5 mm, teniendo la segunda convolución helicoidal un diámetro de aproximadamente 52 mm, teniendo la tercera convolución helicoidal un diámetro de aproximadamente 47 mm, teniendo la cuarta convolución helicoidal un diámetro de aproximadamente 42,5, teniendo la quinta convolución helicoidal un diámetro de aproximadamente 38,5, teniendo la sexta convolución helicoidal un diámetro de aproximadamente 35 mm, teniendo la séptima convolución helicoidal un diámetro de aproximadamente 32 mm, y teniendo la octava convolución helicoidal un diámetro de aproximadamente 27,5 mm.
El alambre continuo también define un paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales de la espira interior, disminuyendo progresivamente el paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales a medida que la pluralidad de circunvoluciones helicoidales se extiende desde el extremo inferior del resorte helicoidal en espiral a la circunvolución de extremo superior de la espira interior. Específicamente, en el resorte helicoidal en espiral ilustrativo, el paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales de la espira interior varía de aproximadamente 14 mm a aproximadamente 28 mm. Por ejemplo, en algunas realizaciones, el paso entre el extremo inferior del resorte helicoidal en espiral y la primera convolución helicoidal es de aproximadamente 22 mm; el paso entre la primera convolución helicoidal y la segunda convolución helicoidal es de aproximadamente 28 mm; el paso entre la segunda convolución helicoidal y la tercera convolución helicoidal es de aproximadamente 25 mm; el paso entre la tercera convolución helicoidal y la cuarta convolución helicoidal es de aproximadamente 23 mm; el paso entre la cuarta convolución helicoidal y la quinta convolución helicoidal es de aproximadamente 21 mm; el paso entre la quinta convolución helicoidal y la sexta convolución helicoidal es de aproximadamente 18 mm; el paso entre la sexta convolución helicoidal y la séptima convolución helicoidal es de aproximadamente 16 mm; y el paso entre la séptima convolución helicoidal y la octava convolución helicoidal es de aproximadamente 14 mm.
Volviendo ahora a la espira exterior del resorte helicoidal en espiral, la circunvolución de extremo superior de la espira exterior y cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales de la espira exterior tiene un diámetro y el diámetro de cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales de la espira exterior son sustancialmente iguales entre sí. En algunas realizaciones, la circunvolución de extremo superior de la espira exterior tiene un diámetro de aproximadamente 66 mm y cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales de la espira exterior tiene un diámetro de aproximadamente 70 mm. El alambre continuo también define un paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales de la espira exterior, donde cada uno de los pasos es sustancialmente igual entre sí. En algunas realizaciones, el paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales de la espira exterior es de aproximadamente 66 mm.
En algunas realizaciones, cuando el resorte helicoidal en espiral no está comprimido, la espira exterior tiene una altura sin comprimir de aproximadamente 235 mm y la espira interior tiene una altura sin comprimir de aproximadamente 175 mm o, en otras palabras, una altura sin comprimir que es aproximadamente el 75 % de la altura sin comprimir de la espira exterior, de modo que la circunvolución de extremo superior de la espira interior se coloca por debajo de la circunvolución de extremo superior de la espira exterior. A este respecto, cuando el resorte helicoidal en espiral se comprime parcialmente a una primera distancia de compresión predeterminada, la espira exterior normalmente se comprime inicialmente hasta que la altura comprimida del resorte helicoidal en espiral (es decir, la altura comprimida de la espira exterior) es la misma que la altura sin comprimir de la espira interior. Por tanto, a medida que el resorte helicoidal en espiral se comprime desde un estado no comprimido hasta la primera distancia de compresión predeterminada, solo las circunvoluciones de la espira exterior se comprimen y, como tal, una constante de resorte inicial del resorte helicoidal en espiral se basa únicamente en la espira exterior. A medida que el resorte helicoidal en espiral se comprime más allá de la primera distancia de compresión predeterminada, sin embargo, tanto la espira exterior como la espira interior se comprimen simultáneamente y, en consecuencia, una constante de resorte secundaria del resorte helicoidal en espiral se basa tanto en la espira interior como en la espira exterior. De esta forma, inicialmente, la espira exterior sola proporciona soporte al cuerpo de un usuario colocado en el resorte helicoidal en espiral, pero tras una mayor compresión, la espira interior y la espira exterior actúan juntas para proporcionar soporte a una porción del cuerpo del usuario colocada sobre el resorte helicoidal en espiral.
En otra realización de la presente invención, se proporciona un resorte helicoidal en espiral embolsado que incluye un resorte helicoidal en espiral como se ha descrito anteriormente y que comprende además un recinto flexible que encierra el resorte helicoidal en espiral. El recinto flexible incluye una pared inferior colocada adyacente al extremo inferior del resorte helicoidal en espiral, una pared superior colocada adyacente a la circunvolución de extremo superior de la espira exterior del resorte helicoidal en espiral, y una pared lateral continua que se extiende desde la pared inferior hasta la pared superior, de modo que la pared lateral continua rodee el resorte helicoidal en espiral.
En otra realización más de la presente invención, se proporciona un colchón que incluye una pluralidad de resortes helicoidales en espiral embolsados dispuestos en una matriz, de modo que las circunvoluciones de extremo superior de las espiras exteriores de los resortes helicoidales en espiral definen una primera superficie de soporte, y los extremos inferiores de los resortes helicoidales en espiral definen una segunda superficie de soporte opuesta a la primera superficie de soporte. El colchón también comprende una capa de soporte cuerpo superior colocada adyacente a la primera superficie de soporte, junto con una capa de base inferior colocada adyacente a la segunda superficie de soporte. De manera adicional, un panel lateral se extiende entre la capa de soporte de cuerpo superior y la capa de base inferior alrededor de toda la periferia de las dos capas, de modo que los resortes helicoidales en espiral embolsados estén completamente rodeados.
Otras características y ventajas de la presente invención serán evidentes para las personas normalmente versadas en la materia después de un estudio de la descripción, las figuras y los ejemplos no limitativos en este documento.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista lateral de un resorte helicoidal en espiral ilustrativo fabricado de acuerdo con la presente invención;
la figura 2 es una vista lateral del resorte helicoidal en espiral ilustrativo de la figura 1, pero mostrando el resorte helicoidal en espiral comprimido una distancia predeterminada D<1>;
la figura 3 es una vista lateral del resorte helicoidal en espiral ilustrativo de la figura 1, pero mostrando el resorte helicoidal en espiral comprimido una distancia predeterminada D<2>;
la figura 4 es un gráfico que representa las fuerzas necesarias para mantener las distancias de compresión del resorte helicoidal en espiral ilustrativo de la figura 1;
la figura 5 es una vista lateral de un resorte helicoidal en espiral embolsado ilustrativo fabricado de acuerdo con la presente invención, con una porción de una pared lateral retirada para mostrar el resorte helicoidal en espiral de la figura 1 colocado dentro de un recinto flexible; y
la figura 6 es una vista lateral de un colchón ilustrativo hecho de acuerdo con la presente invención, con una porción retirada para mostrar la pluralidad de resortes helicoidales en espiral embolsados de la figura 5 en el interior del colchón.
Descripción de las realizaciones ilustrativas
La presente invención se refiere a resortes helicoidales en espiral que proporcionan una respuesta de carga variable a medida que se comprime el resorte helicoidal en espiral. En particular, la presente invención se refiere a resortes helicoidales en espiral hechos de un alambre continuo enrollado helicoidalmente de manera que una espira exterior cilindrica se extiende alrededor de una espira interior cónica. Los resortes helicoidales en espiral de la presente invención se usan dentro de un colchón para proporcionar a un usuario colocado en el colchón un mayor soporte para las porciones del cuerpo del usuario donde se aplica una carga mayor al colchón. Por tanto, el colchón que incluye los resortes helicoidales en espiral de la presente invención proporciona al usuario el soporte no lineal que se ve típicamente en un colchón de espuma, pero mediante el uso de resortes.
Con referencia primero a la figura 1, en una realización ilustrativa de la presente invención, se proporciona un resorte helicoidal en espiral 10 hecho de un alambre continuo 20 que forma una espira interior 30 que tiene una forma sustancialmente cónica y una espira exterior 40 que se extiende alrededor de la espira interior 30 y que tiene una forma sustancialmente cilindrica. Más específicamente, la espira interior 30 del resorte helicoidal en espiral 10 incluye una circunvolución de extremo superior 39 y una pluralidad (ocho) de circunvoluciones helicoidales 31-38 que se extienden en sentido horario desde un extremo inferior 12 del resorte helicoidal en espiral 10 a la circunvolución de extremo superior 39 de la espira interior 30. De manera similar, la espira exterior 40 incluye una circunvolución de extremo superior 49 y una pluralidad (cuatro) de circunvoluciones helicoidales 41-44 que se extienden en una dirección en sentido antihorario desde el extremo inferior 12 del resorte helicoidal en espiral 10 hasta la circunvolución de extremo superior 49 de la espira exterior 40. Cada circunvolución del resorte helicoidal en espiral 10 está compuesta por una porción del alambre continuo 20 sustancialmente igual a aproximadamente una vuelta del alambre continuo 20 (es decir, aproximadamente 360° de la trayectoria helicoidal del alambre continuo 20). La circunvolución de extremo superior 49 de la espira exterior 40 del resorte helicoidal en espiral 10 forma un bucle sustancialmente plano en la porción más superior del resorte helicoidal en espiral 10. De manera similar, el extremo inferior 12 del resorte helicoidal en espiral 10 también forma un bucle sustancialmente plano en la porción más inferior del resorte helicoidal en espiral 10. De esta forma, el resorte helicoidal en espiral 10 termina en cada extremo en una forma generalmente plana que sirve como las estructuras de extremo de soporte del resorte helicoidal en espiral 10.
Con respecto a la configuración del resorte helicoidal en espiral 10, en un resorte helicoidal típico formado con un alambre continuo en espiral helicoidal, la constante de resorte y la sensación resultante del resorte helicoidal están determinadas principalmente por el diámetro del alambre (o calibre del alambre), el número total de circunvoluciones en el resorte helicoidal, el paso entre las circunvoluciones del resorte helicoidal y el tamaño de las circunvoluciones (diámetro de la espira). A este respecto, el paso (o espaciado vertical) entre cada circunvolución del resorte helicoidal se controla típicamente por la velocidad a la que el alambre continuo, que forma el resorte helicoidal, se extrae a través de una matriz de formación en una máquina de formación de espiras. Una vez formado, un paso mayor producirá típicamente un resorte helicoidal más rígido debido a la mayor orientación vertical del alambre, mientras que un paso más pequeño producirá típicamente un resorte helicoidal más blando y permitirá un mayor número de circunvoluciones totales en el cuerpo helicoidal. De manera similar, las circunvoluciones de mayor diámetro en un resorte helicoidal también contribuyen a una constante de resorte más baja y, en consecuencia, a una sensación más suave. Por supuesto, debido a que el alambre que forma el resorte helicoidal en espiral es continuo, no hay un punto de inicio o punto final claramente definido de ninguna circunvolución única. De manera adicional, el diámetro y el paso se ajustan normalmente gradualmente entre una porción del resorte a otra. Como tal, a menudo, una sola circunvolución del resorte helicoidal no, de hecho, tiene solo un solo diámetro o solo un solo paso, sino que puede incluir, por ejemplo, una porción inicial o final con un diámetro y/o paso variable que pasa a la circunvolución adyacente. Por lo tanto, como se usa en el presente documento, el diámetro y el paso de una circunvolución se referirán típicamente a un diámetro y paso promedio, pero también pueden, en algunas realizaciones, incluir o referirse a un diámetro y paso máximos o a un diámetro y paso mínimos.
En el resorte helicoidal en espiral 10 ilustrativo mostrado en la figura 1, el diámetro de alambre del alambre continuo 20 varía de aproximadamente 1,8288 mm (0,072 pulgadas) a aproximadamente 20,32 mm (0,080 pulgadas) con un intervalo preferido de aproximadamente 1,8288 mm (0,072 pulgadas) a aproximadamente 1,9304 mm (0,076 pulgadas). De manera adicional, el alambre continuo 20 tiene una resistencia a la tracción de entre aproximadamente 1,71679 MPa (240 kpsi) a aproximadamente 1,79264 MPa (260 kpsi) con una resistencia a la tracción preferida de aproximadamente 1,72369 MPa (250 kpsi).
Con respecto a los diámetros y pasos incluidos en el resorte helicoidal en espiral 10, y centrándose más específicamente en la espira interior 30 del resorte helicoidal en espiral 10, la circunvolución de extremo superior 39 tiene un diámetro y cada una de las ocho circunvoluciones helicoidales 31-38 tiene un diámetro que disminuye progresivamente a medida que las ocho circunvoluciones helicoidales 31-38 se extienden desde el extremo inferior 12 del resorte helicoidal en espiral 10 hasta la circunvolución de extremo superior 39 de la espira interior 30. En particular, en el resorte helicoidal en espiral 10 ilustrativo mostrado en la figura 1, la circunvolución de extremo superior 39 tiene un diámetro de aproximadamente 25,5 mm y cada una de las ocho circunvoluciones helicoidales de la espira interior tiene un diámetro que varía de aproximadamente 27,5 mm a aproximadamente 57,5 mm, teniendo la primera circunvolución helicoidal 31 un diámetro de aproximadamente 57,5 mm, teniendo la segunda circunvolución helicoidal 32 un diámetro de aproximadamente 52 mm, teniendo la tercera circunvolución helicoidal 33 un diámetro de aproximadamente 47 mm, teniendo la cuarta circunvolución helicoidal 34 un diámetro de aproximadamente 42,5, teniendo la quinta circunvolución helicoidal 35 un diámetro de aproximadamente 38,5, teniendo la sexta circunvolución helicoidal 36 un diámetro de aproximadamente 35 mm, teniendo la séptima circunvolución helicoidal 37 un diámetro de aproximadamente 32 mm, y teniendo la octava circunvolución helicoidal 38 un diámetro de aproximadamente 27,5 mm.
Haciendo referencia aún al resorte helicoidal en espiral 10 ilustrativo mostrado en la figura 1, como se ha indicado anteriormente, el alambre continuo 20 también define un paso entre cada una de las ocho circunvoluciones helicoidales 31-38, con el paso entre cada una de las ocho circunvoluciones helicoidales 31-38 disminuyendo progresivamente a medida que la pluralidad de circunvoluciones helicoidales 31-38 se extienden desde el extremo inferior 12 del resorte helicoidal en espiral 10 hasta la circunvolución de extremo superior 39 de la espira interior 30. En el resorte helicoidal en espiral 10 ilustrativo mostrado en la figura 1, el paso entre cada una de las ocho circunvoluciones helicoidales 31 38 de la espira interior 30 varía de aproximadamente 14 mm a aproximadamente 28 mm. Más específicamente, el paso entre el extremo inferior 12 del resorte helicoidal en espiral 10 y la primera circunvolución helicoidal 31 es de aproximadamente 22 mm; el paso entre la primera circunvolución helicoidal 31 y la segunda circunvolución helicoidal 32 es de aproximadamente 28 mm; el paso entre la segunda circunvolución helicoidal 32 y la tercera circunvolución helicoidal 33 es de aproximadamente 25 mm; el paso entre la tercera circunvolución helicoidal 33 y la cuarta circunvolución helicoidal 34 es de aproximadamente 23 mm; el paso entre la cuarta circunvolución helicoidal 34 y la quinta circunvolución helicoidal 35 es de aproximadamente 21 mm; el paso entre la quinta circunvolución helicoidal 35 y la sexta circunvolución helicoidal 36 es de aproximadamente 18 mm; el paso entre la sexta circunvolución helicoidal 36 y la séptima circunvolución helicoidal 37 es de aproximadamente 16 mm; y el paso entre la séptima circunvolución helicoidal 37 y la octava circunvolución helicoidal 38 es de aproximadamente 14 mm.
Haciendo referencia aún al resorte helicoidal en espiral 10 ilustrativo mostrado en la figura 1, pero centrándose ahora en la espira exterior 40 del resorte helicoidal en espiral 10, la circunvolución de extremo superior 49 también tiene un diámetro y cada una de las cuatro circunvoluciones helicoidales 41-44 tiene un diámetro que son todos sustancialmente iguales entre sí. Específicamente, en el resorte helicoidal en espiral 10 ilustrativo, la circunvolución de extremo superior 49 de la espira exterior 40 tiene un diámetro de aproximadamente 66 mm y cada una de las cuatro circunvoluciones helicoidales 41-44 de la espira exterior 40 tiene un diámetro de aproximadamente 70 mm. El alambre continuo 20 también define un paso entre cada una de las cuatro circunvoluciones helicoidales 41-44 de la espira exterior 40, donde cada uno de los pasos es sustancialmente igual entre sí y, en el resorte helicoidal en espiral 10 ilustrativo, es de aproximadamente 66 mm.
A continuación, haciendo referencia a las figuras 1-3, que muestran el resorte helicoidal en espiral 10 en diferentes estados de compresión, cuando el resorte helicoidal en espiral 10 no está comprimido, la espira exterior 40 tiene una altura no comprimida H<1>de aproximadamente 235 mm y se extiende desde el extremo inferior 12 del resorte helicoidal en espiral 10 hasta la circunvolución de extremo superior 49 de la espira exterior 40. En este sentido, y como se muestra en la figura 1, la altura sin comprimir del resorte helicoidal en espiral 10 es la altura sin comprimir H<1>de la espira exterior 40. Como también se muestra en la figura 1, la espira interior 30 tiene una altura no comprimida H<2>de aproximadamente 175 mm (o aproximadamente el 75 % de la altura no comprimida H<1>de la espira exterior 40) y se extiende desde el extremo inferior 12 del resorte helicoidal en espiral 10 hasta la circunvolución de extremo superior 39 de la espira interior 30, de modo que la circunvolución de extremo superior 39 de la espira interior 30 se coloca a una distancia de la circunvolución de extremo superior 49 de la espira exterior 40. Como tal, cuando el resorte helicoidal en espiral 10 se comprime parcialmente una primera distancia de compresión predeterminada Dl, la espira exterior 40 se comprime hasta que la altura comprimida del resorte helicoidal en espiral 10 (es decir, la altura comprimida de la espira exterior 40) es la misma que la altura no comprimida H<2>de la espira interior 30, como se muestra mejor en la figura 2. En ese punto, la circunvolución de extremo superior 39 de la espira interior 30 está entonces sustancialmente contenida dentro y es coplanaria con la circunvolución de extremo superior 49 de la espira exterior 40. A continuación, sin embargo, a medida que el resorte helicoidal en espiral 10 se comprime más allá de la primera distancia de compresión predeterminada D<1>, tanto la espira exterior 40 como la espira interior 30 se comprimen simultáneamente y la altura comprimida del resorte helicoidal en espiral 10 es la misma que la altura comprimida de la espira exterior 40 y la altura comprimida de la espira interior 30, como se muestra mejor en la figura 3.
Haciendo referencia ahora más específicamente a las figuras 2-3, que también muestran una primera fuerza predeterminada F<1>aplicada al resorte helicoidal en espiral 10 de tal manera que el resorte helicoidal en espiral 10 se comprime la primera distancia de compresión predeterminada D<1>, la espira exterior 40 se comprime de tal manera que la circunvolución de extremo superior 49 de la espira exterior 40 tiene la misma altura que la circunvolución de extremo superior 39 de la espira interior 30. A este respecto, a medida que el resorte helicoidal en espiral 10 se comprime desde el estado no comprimido hasta la primera distancia de compresión predeterminada D<1>mostrada en la figura 2, solo las circunvoluciones de la espira exterior 40 se comprimen y, como tal, una constante de resorte inicial K<1>del resorte helicoidal en espiral 10 se basa únicamente en la espira exterior 40. Entonces, cuando una segunda fuerza predeterminada (y mayor) F<2>se aplica al resorte helicoidal en espiral 10 de tal manera que el resorte helicoidal en espiral 10 se comprime una segunda distancia de compresión predeterminada D<2>mayor que la primera distancia de compresión predeterminada D<1>, el resorte helicoidal en espiral 10 se comprime más allá de la primera distancia de compresión predeterminada D<1>mostrada en la figura 2 y tanto la espira exterior 40 como la espira interior 30 están parcialmente comprimidas como se muestra en la figura 3. Por consiguiente, en ese punto, una segunda constante de resorte K<2>del resorte helicoidal en espiral 10 (es decir, para distancias de compresión más allá de la primera distancia de compresión predeterminada D<1>) se basa tanto en la espira interior 30 como en la espira exterior 40.
En funcionamiento, el resorte helicoidal en espiral 10 funciona sustancialmente como dos resortes helicoidales en paralelo, donde la constante de resorte efectiva es la suma de las constantes de resorte de cada resorte que está acoplado activamente. Por consiguiente, cuando se aplica una fuerza al resorte helicoidal en espiral 10 y solo la espira exterior 40 comienza a comprimirse, el resorte helicoidal en espiral 10 se comprime a una velocidad constante de acuerdo con la constante de resorte inicial K<1>hasta que el resorte helicoidal en espiral 10 se haya comprimido una primera distancia de compresión predeterminada D<1>, como se muestra en la figura 2. Entonces, una vez que el resorte helicoidal en espiral 10 se ha comprimido más allá de la primera distancia de compresión predeterminada D<1>, la espira interior 30 se acopla y comienza a comprimirse junto con la espira exterior 40. De esta forma, inicialmente, la espira exterior 40 sola proporciona soporte al cuerpo de un usuario colocado en el resorte helicoidal en espiral 10, pero al comprimirse la primera distancia de compresión predeterminada D<1>, la espira interior 30 y la espira exterior 40 actúan juntas para proporcionar soporte a una porción del cuerpo del usuario colocada sobre el resorte helicoidal en espiral 10. A medida que el resorte helicoidal en espiral 10 se comprime más allá de la primera distancia de compresión predeterminada D<1>, el resorte helicoidal en espiral 10 se comprime de acuerdo con la segunda constante de resorte K<2>del resorte helicoidal en espiral 10. En particular, la espira interior 30 y la espira exterior 40 se comprimen simultáneamente, y el resorte helicoidal en espiral 10 se comprimirá a una velocidad constante de acuerdo con la constante de resorte secundaria K<2>hasta que el resorte helicoidal en espiral 10 alcanza una distancia de compresión máxima del resorte helicoidal en espiral 10 donde la espira interior 30, la espira exterior 40, o tanto la espira interior 30 como la espira exterior 40 no pueden comprimirse más.
Haciendo referencia ahora a la figura 4, que representa gráficamente las fuerzas necesarias para mantener las distancias de compresión del resorte helicoidal en espiral 10, la constante de resorte del resorte helicoidal en espiral 10 es la pendiente de la línea a cualquier distancia de compresión dada. Por consiguiente, a medida que la fuerza aplicada al resorte helicoidal en espiral 10 aumenta y la distancia de compresión del resorte helicoidal en espiral 10 supera la primera distancia de compresión predeterminada D<1>, la espira interior 30 se acopla y la constante de resorte del resorte helicoidal en espiral 10 aumenta. A medida que aumenta la constante de resorte (p. ej., de K<1>a K<2>), el resorte helicoidal en espiral 10 se vuelve "más duro". Por tanto, el resorte helicoidal en espiral 10 de la presente invención proporciona una respuesta variable y no lineal a la carga.
Con respecto adicionalmente a las constantes de resorte del resorte helicoidal en espiral 10 ilustrativo, la constante de resorte de la espira interior 30 no es, por tanto, la misma que la constante de resorte de la espira exterior 40. Normalmente, la constante de resorte de la espira interior 30 varía de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 0,77, mientras que la constante de resorte de la espira exterior 40 varía de aproximadamente 0,77 a aproximadamente 1,18. Por ejemplo, cuando el diámetro del alambre es de aproximadamente 1,8288 mm (0,072 pulgadas), la constante de resorte de la espira interior 30 es de aproximadamente 0,77 y la constante de resorte de la espira exterior 40 es de aproximadamente 0,50; cuando el diámetro del alambre es de aproximadamente 1,9304 mm (0,076 pulgadas), la constante de resorte de la espira interior 30 es de aproximadamente 0,96 y la constante de resorte de la espira exterior 40 es de aproximadamente 0,62; y cuando el diámetro del alambre es de aproximadamente 20,32 mm (0,80 pulgadas), la constante de resorte de la espira interior 30 es de aproximadamente 1,18 y la constante de resorte de la espira exterior 40 es de aproximadamente 0,77. Por supuesto, un experto en la materia reconocería que al modificar la espira interior 30 o la espira exterior 40, los valores comparativos de las constantes de resorte se pueden ajustar para proporcionar una mayor variabilidad y personalización de las constantes de resorte y desarrollar respuestas de carga alternativas en un resorte helicoidal en espiral ilustrativo de la presente invención.
Haciendo referencia ahora a la figura 5, en otra realización de la presente invención, se proporciona un resorte helicoidal en espiral 100 embolsado que incluye un resorte helicoidal en espiral 10 como se ha descrito anteriormente con referencia a las figuras 1-3, y que además comprende un recinto flexible 50 que encierra el resorte helicoidal en espiral 10. El recinto flexible 50 incluye una pared inferior 52 colocada adyacente al extremo inferior 12 del resorte helicoidal en espiral 10, una pared superior 56 colocada adyacente a la circunvolución de extremo superior 49 de la espira exterior 40 del resorte helicoidal en espiral 10, y una pared lateral continua 54 que se extiende desde la pared inferior 52 hasta la pared superior 56, de modo que la pared lateral continua 54 rodee el resorte helicoidal en espiral 10.
El recinto flexible 50 está hecho preferentemente de un material, tal como un tejido, que puede unirse o soldarse entre sí por calor y presión (p. ej., mediante soldadura ultrasónica o un procedimiento de soldadura térmica similar). Por ejemplo, los tejidos adecuados pueden incluir una de varias fibras termoplásticas conocidas en la técnica, tal como una tela no tejida a base de polímeros, material de polipropileno no tejido o material de poliéster no tejido. Como alternativa, el recinto flexible 50 puede unirse entre sí mediante costura, grapas metálicas u otros métodos adecuados. Resumiendo, se puede usar una amplia variedad de tejidos o material laminar similar para fabricar y unir el recinto flexible como reconocerían los expertos en la materia.
Haciendo referencia ahora a la figura 6, en otra realización de la presente invención, se proporciona un colchón 200 que incluye una pluralidad de los resortes helicoidales en espiral 100 embolsados descritos anteriormente con referencia a la figura 5. Los resortes helicoidales en espiral 100 embolsados están dispuestos en una matriz, de tal manera que las circunvoluciones de extremo superior 49 de las espiras exteriores 40 de los resortes helicoidales en espiral 10 definen una primera superficie de soporte 201, y los extremos inferiores 12 de los resortes helicoidales en espiral 10 definen una segunda superficie de soporte 202 opuesta a la primera superficie de soporte 201. El colchón 200 también comprende una capa de soporte de cuerpo superior 203 colocada adyacente a la primera superficie de soporte 201, junto con una capa de base inferior 204 colocada adyacente a la segunda superficie de soporte 202. De manera adicional, un panel lateral 205 se extiende entre la capa de soporte de cuerpo superior 203 y la capa de base inferior 204 alrededor de toda la periferia de las dos capas 203, 204, de modo que los resortes helicoidales en espiral 100 embolsados estén completamente rodeados.
En el colchón 200 mostrado en la figura 8, cada una de la capa de soporte de cuerpo superior 203 y la pared lateral 205 del colchón 200 están compuestas de una espuma viscoelástica para soportar el cuerpo de un usuario y proporcionar una superficie suficientemente blanda sobre la que descansar. La capa de base inferior 204, por otra parte, se compone normalmente de una pieza de madera u otro material rígido similar capaz de soportar la matriz de resortes helicoidales 100 embolsados. Sin embargo, por supuesto, se contempla que la capa de soporte de cuerpo superior 203 y la pared lateral 205 del colchón 200, así como la capa de base inferior 204, también pueden estar compuestas por otros materiales o combinaciones de materiales conocidos por los expertos en la materia, incluyendo, pero sin limitación, espuma, tapicería y/u otros materiales flexibles.
Claims (14)
1. Un resorte helicoidal en espiral (10; 100), que comprende un alambre continuo (20) que forma una espira interior (30) que tiene una forma sustancialmente cónica y una espira exterior (40) que se extiende alrededor de la espira interior (30) y que tiene una forma sustancialmente cilíndrica,
en donde la espira interior (30) incluye una pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) y una circunvolución de extremo superior (39), extendiéndose la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) de la espira interior (30) desde un extremo inferior (12) del resorte helicoidal en espiral (10; 100) hasta la circunvolución de extremo superior (39) de la espira interior (30),
en donde la espira exterior (40) incluye una pluralidad de circunvoluciones helicoidales (41-44) y una circunvolución de extremo superior (49), extendiéndose la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (41-44) de la espira exterior (40) desde el extremo inferior (12) del resorte helicoidal en espiral (10; 100) hasta la circunvolución de extremo superior (49) de la espira exterior (40), y
en donde el alambre continuo (20) define un paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) de la espira interior (30), y en donde el paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) de la espira interior (30) disminuye progresivamente a medida que la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) de la espira interior (30) se extienden desde el extremo inferior (12) del resorte helicoidal en espiral (10) hasta la circunvolución de extremo superior (39) de la espira interior (30).
2. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 1, en donde la circunvolución de extremo superior (39) de la espira interior (30) y cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) de la espira interior (30) tiene un diámetro, y en donde el diámetro de cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) de la espira interior (30) disminuyen progresivamente a medida que la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) de la espira interior (30) se extienden desde el extremo inferior (12) del resorte helicoidal en espiral (10; 100) a la circunvolución de extremo superior (39) de la espira interior (30).
3. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 2, en donde el diámetro de la circunvolución de extremo superior (39) de la espira interior (30) es de aproximadamente 25,5 mm, y en donde el diámetro de cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) de la espira interior (30) varía de aproximadamente 27,5 mm a aproximadamente 57,5 mm.
4. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31 38) de la espira interior (30) comprende ocho circunvoluciones helicoidales (31-38).
5. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 4, en donde las ocho circunvoluciones helicoidales (31-38) comprenden
una primera circunvolución helicoidal (31) que tiene un diámetro de aproximadamente 57,5 mm,
una segunda circunvolución helicoidal (32) que tiene un diámetro de aproximadamente 52 mm,
una tercera circunvolución helicoidal (33) que tiene un diámetro de aproximadamente 47 mm,
una cuarta circunvolución helicoidal (34) que tiene un diámetro de aproximadamente 42,5 mm,
una quinta circunvolución helicoidal (35) que tiene un diámetro de aproximadamente 38,5 mm,
una sexta circunvolución helicoidal (36) que tiene un diámetro de aproximadamente 35 mm,
una séptima circunvolución helicoidal (37) que tiene un diámetro de aproximadamente 32 mm, y
una octava circunvolución helicoidal (38) que tiene un diámetro de aproximadamente 27,5 mm.
6. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 1, en donde la circunvolución de extremo superior (49) de la espira exterior (40) y cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (41-44) de la espira exterior (40) tiene un diámetro respectivo, y en donde el diámetro de cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (41-44) de la espira exterior (40) son sustancialmente las mismas, en particular, en donde el diámetro de la circunvolución de extremo superior (49) de la espira exterior (40) es de aproximadamente 66 mm, y en donde el diámetro de cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (41-44) de la espira exterior (40) es de aproximadamente 70 mm.
7. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 1, en donde el paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31-38) de la espira interior (30) varía de aproximadamente 14 mm a aproximadamente 28 mm.
8. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 1, en donde la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (31
38) de la espira interior (30) comprende ocho circunvoluciones helicoidales (31-38), y en donde
el paso entre el extremo inferior (12) del resorte helicoidal en espiral (10) y la primera circunvolución helicoidal (31) es de aproximadamente 22 mm,
el paso entre la primera circunvolución helicoidal (31) y la segunda circunvolución helicoidal (32) es de aproximadamente 28 mm,
el paso entre la segunda circunvolución helicoidal (32) y la tercera circunvolución helicoidal (33) es de aproximadamente 25 mm,
el paso entre la tercera circunvolución helicoidal
cuarta circunvolución helicoidal (34) e aproximadamente 23 mm,
el paso entre la cuarta circunvolución helicoidal
quinta circunvolución helicoidal (35) e aproximadamente 21 mm,
el paso entre la quinta circunvolución helicoidal
sexta circunvolución helicoidal (36) e aproximadamente 18 mm,
el paso entre la sexta circunvolución helicoidal (36) y la séptima circunvolución helicoidal (37) es de aproximadamente 16 mm, y
el paso entre la séptima circunvolución helicoidal
octava circunvolución helicoidal (38) e aproximadamente 14 mm.
9. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 1, en donde el alambre continuo (20) define un paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (41-44) de la espira exterior (40), y en donde el paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (41-44) de la espira exterior (40) es sustancialmente igual, en particular, en donde el paso entre cada una de la pluralidad de circunvoluciones helicoidales (41-44) de la espira exterior (40) es de aproximadamente 66 mm.
10. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 1, en donde cada una de la espira interior (30) y la espira exterior
(40) tiene una altura sin comprimir (H2, Hi), y en donde la altura sin comprimir (H2) de la espira interior (30) es aproximadamente el 75 % de la altura sin comprimir (Hi) de la espira exterior (40), en particular, en donde la altura sin comprimir (H2) de la espira interior (30) es de aproximadamente 175 mm, y la altura sin comprimir (Hi) de la espira exterior (40) es de aproximadamente 235 mm.
11. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 1, en donde el alambre continuo (20) tiene un diámetro de alambre de aproximadamente 1,8288 mm (0,072 pulgadas) a aproximadamente 1,9304 mm (0,076 pulgadas) y/o una resistencia a la tracción de entre aproximadamente 1,71679 MPa (240 kpsi) a aproximadamente 1,79264 MPa (260 kpsi).
12. El resorte helicoidal en espiral de la reivindicación 1, que comprende además un recinto flexible (50) que encierra el alambre continuo (20).
13. Un colchón (200), que comprende:
una pluralidad de resortes helicoidales en espiral (10; 100) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, estando dichos resortes helicoidales en espiral (10; 100) dispuestos en una matriz y definiendo una primera superficie de soporte (201) y una segunda superficie de soporte (202) opuesta a la primera superficie de soporte
(201).
14. Colchón de la reivindicación 13, que además comprende:
una capa de soporte de cuerpo superior (203) colocada adyacente a la primera superficie de soporte (201);
una capa de base inferior (204) colocada adyacente a la segunda superficie de soporte (202); y
un panel lateral (205) que se extiende entre la capa de soporte de cuerpo superior (203) y la capa de base inferior
(204).
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