Изобретение относится к внутренним пружинным структурам матрацев и более конкретно к структуре, включающей секции повышенной жесткости.
Обычно структуры пружин состоят из множества спиральных пружин или спиралей, которые прилегают друг к другу и находятся между верхней и нижней поверхностями матраца. Как правило, пружины располагаются рядами, которые определяют длину и ширину пружинной структуры. В том случае, когда применяются индивидуальные пружины, они скрепляются посредством различных элементов для образования единой пружинной структуры. В альтернативном варианте ряд пружин может быть сформирован из одного протяженного отрезка проволоки, так что все отдельные пружины ряда связаны между собой соединительными сегментами. Примеры подобных пружинных структур, каждый ряд которых сформирован из одного протяженного отрезка проволоки, представлены в патентах США N 4358097 и 4488712.
Обычно пружины в пружинной структуре формируются очень похожими друг на друга и имеют примерно тот же самый диаметр витков и одинаковую жесткость, которая определяется калибром проволоки, используемой для изготовления пружин, и числом витков (или углом подъема) каждого витка. По этой причине верхняя поверхность типичного матраца будет иметь примерно одинаковую жесткость по всей длине и ширине матраца, изготовленного с применением подобной пружинной структуры.
Однако часто желательно выполнить определенные зоны матраца более жесткими, чем остальные зоны. Например, может оказаться желательным укрепление центральной секции матраца, которая воспринимает основную часть веса лежащего на ней человека. Далее, может оказаться желательным выполнить края матраца более жесткими или прочными, чтобы они лучше выдерживали давление, создаваемое, когда человек садится на край постели.
Можно изменять жесткость отдельных зон пружинной структуры, варьируя жесткость индивидуальных пружин, например, используя проволоку различного калибра или пружины с различным числом витков. Однако нетрудно понять, что такой подход потребовал бы постоянной переналадки станка для намотки пружин, что привело бы к значительному повышению стоимости, обусловленному как увеличением трудозатрат на переналадки станка, так и снижением производительности при производстве пружинных структур. Более того, потребовались бы дополнительные усилия по обеспечению наличия проволоки различного калибра для формирования различных пружин, образующих единую пружинную структуру матраца. Таким образом, подобный подход является непрактичным с точки зрения себестоимости.
Варьирование жесткости различных зон матраца является желательным и в случае пружинной структуры, в которой используются непрерывные пружинные звенья. Подобные изделия на основе непрерывных пружин пользуются значительным коммерческим успехом, поскольку для достижения той же степени жесткости в этих изделиях требуется значительно меньше материала, чем в пружинных системах, в которых применяются ряды индивидуальных спиральных пружин, связанных между собой. Однако оказалось, что изделия, полученные из указанных непрерывных спиральных пружин, очень трудно или очень дорого модифицировать для того, чтобы сформировать секции, обладающие более высокой жесткостью, чем другие секции того же изделия. Варьирование калибра проволоки или количества витков пружин в изделии не является практичным решением, поскольку пружины формируются из одного протяженного отрезка проволоки. Более того, преобразование непрерывного ряда пружин в дискретные секции лишит изделие многих преимуществ, которыми обладают изделия с непрерывными спиральными пружинами.
В связи с вышеизложенным настоящее изобретение направлено на решение задачи повышения жесткости отдельных зон матраца.
Еще одна задача заключается в повышении износостойкости тех зон матраца, которые в процессе нормального использования воспринимают основную нагрузку.
Еще одна дополнительная задача состоит в создании пружинной структуры, которая обладает повышенной жесткостью и обеспечивает более жесткую опору в некоторых своих зонах по сравнению с другими зонами.
Далее задачей, поставленной перед изобретением, является и создание подобной пружинной структуры с относительно низкой стоимостью при относительно простой конструкции.
Еще одна задача заключается в создании изделия с непрерывными спиральными пружинами, которое сконструировано таким образом, что различные части изделия имеют различную степень жесткости.
Еще одна дополнительная задача заключается в создании изделия с непрерывными спиральными пружинами и способа его изготовления, которые не требуют существенной перестройки производственного процесса для формирования секций изделия с измененной жесткостью.
В соответствии с перечисленными задачами пружинная структура по настоящему изобретению использует усиленные пружинные звенья, основанные на конструкции "пружина в пружине", которая обеспечивает формирование коаксиальных пружинных звеньев. Коаксиальные пружинные звенья соединяются между собой с образованием единой стягивающей спиральной проволоки.
В одном из вариантов осуществления изобретения пружинная структура содержит множество индивидуальных пружин, расположенных рядом друг с другом (и далее называемых внешними пружинами), которые установлены примерно параллельно друг Другу и располагаются пространственно согласованными рядами. Противоположные концевые витки внешних пружин в совокупности образуют верхнюю и нижнюю лицевые поверхности пружинной структуры. Отдельные ряды или отдельные зоны этой пружинной структуры дополнительно содержат одну или несколько внутренних пружин, которые располагаются между верхней и нижней поверхностями указанной структуры. Каждая из внутренних пружин намотана и установлена примерно коаксиально соответствующей внешней пружине, так что концевые витки внутренней и внешней пружин примыкают друг к другу. Совместно внутренняя и внешняя пружины формируют примерно коаксиальные пружинные звенья. Одноэлементный соединитель, охватывающий внутреннюю и наружную пружины коаксиального пружинного звена вблизи верхней или нижней лицевой поверхности, непосредственно связывает эти пружины с образованием усиленного коаксиального пружинного звена на определенной позиции в пределах пружинной структуры, обладающего практически постоянной жесткостью по своей длине для восприятия нагрузки на верхнюю и нижнюю лицевые поверхности пружинной структуры. Одноэлементный соединитель представляет собой проволоку со спиральной навивкой, обмотанную вокруг секций внутренней и внешней пружин. Предпочтительно, чтобы внутренние и внешние пружины сводились вместе под действием бокового усилия с образованием коаксиальных звеньев. В соответствии со сказанным, термины "внутренняя" и "внешняя" используются для упрощения понимания и необязательно точно описывают ориентацию пружин в пределах коаксиального пружинного звена.
Стягивающая матрица связывает между собой также и пространственно согласованные ряды пружин. Стягивающая матрица содержит множество пространственно разделенных спиральных проволок, которые проходят примерно параллельно друг другу и примерно перпендикулярно пространственно согласованным рядам. Каждая спиральная проволока матрицы связывает ряды по их длине благодаря тому, что обматывает концевые витки смежных пружин таким образом, что каждая пружина в ряду оказывается соединенной со смежными пружинами этого ряда. Ряды усиленных пружинных звеньев и ряды одинарных внешних пружин соединены вместе с образованием единой пружинной структуры. Еще одна спиральная проволока наматывается по периферии пружинной структуры, чтобы скрепить периферийные пружины с толстой краевой проволокой для увеличения жесткости краев пружинной структуры, т. е. для формирования усиленной периферийной зоны. Ряды или зоны пружинной структуры, которые включают коаксиальные звенья с внутренними пружинами внутри внешних пружин, формируют зоны структуры, обладающие повышенной жесткостью по сравнению с зонами, в которых используются только одинарные внешние пружины.
В одном из вариантов осуществления изобретения каждое пружинное звено в пределах выбранного ряда или рядов использует внутреннюю пружину во внешней пружине, в результате чего формируются усиленные ряды из коаксиальных пружинных звеньев. В альтернативном варианте только одно или заданное число звеньев в конкретном ряду может (могут) представлять собой усиленное(ые) коаксиальное(ые) звено (звенья) с пружиной в пружине. Аналогичным образом, все периферийные пружины, соединенные с краевой проволокой, могут являться усиленными коаксиальными пружинными звеньями, чтобы усилить края пружинной структуры. Соответствующие друг другу внутренние и внешние пружины предпочтительно имеют один и тот же угол подъема и одинаковое направлении навивки, т. е. имеют либо левую, либо правую навивку. Кроме того, пружины формируются таким образом, что концевые и промежуточные витки внутренних и внешних пружин имеют одинаковые диаметры. При этом внутренние и внешние пружины предпочтительно имеют сходную форму и плотно примыкают друг к другу, чтобы обеспечить желаемую жесткость в заданных зонах матраца. Пружины, соответствующие любому варианту осуществления изобретения, в том числе в коаксиальных звеньях, устанавливаются совместно и совместно оплетаются. Поскольку внутренние и внешние пружины в каждом коаксиальном звене обычно имеют одинаковую протяженность, коаксиальное звено обычно имеет постоянную жесткость по всей свой длине.
Альтернативный вариант осуществления изобретения предусматривает использования изделия с рядом непрерывных спиральных пружин, сформированных из единого протяженного отрезка проволоки, которое располагается относительно аналогичного изделия с рядом непрерывных спиральных пружин, сформированных из единого протяженного отрезка проволоки таким образом, что оба изделия совместно образуют ряд смежных коаксиальных пружинных звеньев, которые состоят из внутренней пружины и внешней пружины. Каждый ряд при этом состоит из множества смежных пар пружин, которые соединены друг с другом посредством Z-образных проволочных соединительных сегментов, расположенных вблизи верхней и нижней плоскостей, образованных рядами пружин и взаимно смещены таким образом, что каждая пружина соединена со смежной ей либо вблизи верхней, либо нижней лицевой плоскости. Когда отдельные ряды непрерывных спиральных пружин располагаются смежно по отношению друг к другу для образования пружинной структуры, положение различных Z-образных соединительных сегментов согласовано как в поперечном, так и в продольном направлениях в верхней и нижней лицевой плоскостях пружинной структуры.
Чтобы сформировать коаксиальные пружинные звенья согласно способу по настоящему изобретению, ряд внешних пружин, сформированных из единого протяженного отрезка проволоки, устанавливают в виде ряда пружинной структуры. Затем ряд внутренних пружин, также сформированных из единого протяженного отрезка проволоки, устанавливают примерно параллельно ряду внешних пружин так, что различные внутренние и внешние пружины входят друг в друга, а соответствующие Z-образные соединительные сегменты взаимно ориентируются и переналагаются для формирования усиленных коаксиальных звеньев в заданной позиции в пределах пружинной структуры. Как уже упоминалось, обозначения "внутренние" и "внешние" используются прежде всего для различения пружин и не означают того, что в одном наборе пружин витки имеют больший диаметр, чем в другом наборе пружин. Предпочтительно, чтобы пружинные звенья в ряду внешних пружин имели такое же число витков (такой же шаг) и диаметр витков, смежных с концевыми витками, что и пружинные звенья в ряду внутренних пружин, так что они оказываются взаимозаменяемыми. Чтобы сформировать коаксиальные пружинные звенья способом согласно настоящему изобретению, ряд внешних пружин устанавливают примерно параллельно ряду внутренних пружин. Затем ряды пружин пространственно совмещают и вводят друг в друга с образованием ряда коаксиальных пружинных звеньев в соответствии с принципами настоящего изобретения, подобно тому, как могли быть устанавливаться индивидуальные пружины, но с той разницей, что целые ряды входят друг в друга одновременно.
Для того, чтобы сформировать пружинную структуру с заданными зонами различной жесткости, в этих определенных зонах устанавливают ряды коаксиальных пружин. Ряды предпочтительно ориентированы поперек пружинной структуры. Затем с каждой стороны рядов коаксиальных звеньев устанавливают, если это требуется, дополнительные ряды непрерывных одинарных пружин для образования оставшейся части пружинной структуры. Z-образные сегменты различных смежных рядов одинарных пружин и коаксиальных звеньев, соединяющие смежные пружины или пары коаксиальных пружинных звеньев в каждом ряду, устанавливают так, чтобы обеспечить их переналожение. Затем наложившиеся части Z-образных сегментов скрепляют вместе посредством спиральных проволочных соединителей.
Первый набор спиральных одноэлементных проволочных соединителей располагается в верхней плоскости пружинной структуры с тем, чтобы соединить вместе наложившиеся части верхних Z-образных сегментов. Аналогичным образом второй набор одноэлементных спиральных проволочных соединителей располагается в нижней плоскости пружинной структуры и соединяет вместе наложившиеся части нижних Z-образных сегментов. Длина каждой спиральной проволоки примерно такая же, как длина соединяемых рядов, которая предпочтительно и определяет ширину пружинной структуры. В соответствии с принципами настоящего изобретения, ряды могут располагаться и продольно, если желательно укрепить различные части пружинной структуры не в поперечном, а в продольном направлении.
Соединители на основе спиральной проволоки соединяют вместе Z-образные соединительные сегменты внутренних и внешних пружин с образованием коаксиальных пружинных звеньев. Спиральные проволоки соединяют также различные смежные ряды с образованием пружинной структуры. После того, как различные ряды усиленных коаксиальных звеньев будут сформированы и смежные ряды соединены между собой, вся пружинная структура в целом для формирования усиленной периферийной зоны вблизи верхней или нижней лицевой плоскости может быть прикреплена концевыми витками пружин по ее периметру к краевой проволоке также с помощью еще одного соединителя на основе спиральной проволоки, образующего часть стягивающей матрицы пружинной структуры.
Таким образом, пружинная структура по настоящему изобретению обеспечивает желаемое повышение жесткости и износостойкости в заданных зонах матраца благодаря применению усиленных коаксиальных пружинных звеньев, использующих пружины, находящиеся внутри пружин и стянутые вместе спиральной проволокой. Внутренняя и внешняя пружины, применяемые для формирования усиленного пружинного звена, предпочтительно являются подобными, и поэтому сложность изготовления пружинной структуры согласно изобретению возрастает незначительно по сравнению с процессом, применяемым при изготовлении традиционной пружинной структуры, с постоянной жесткостью по всей поверхности. Кроме того, для создания усиленных пружинных звеньев не требуется использовать специальную проволоку или специальные методы навивки, что способствует минимизации производственных затрат. Для формирования коаксиальных звеньев внутренние и внешние пружины просто пространственно совмещают. При этом настоящее изобретение предлагает пружинную структуру, использующую непрерывные спиральные пружинные звенья в комбинации с рядами коаксиальных пружинных звеньев для варьирования характеристик жесткости пружинной структуры при сохранении положительных свойств, обусловленных применением изделий на основе непрерывной пружины.
Перечисленные выше и другие задачи, решаемые настоящим изобретением, как и его преимущества станут более понятными из прилагаемых чертежей и нижеследующего описания изобретения.
Фиг 1 представляет вид сверху на пружинную структуру согласно настоящему изобретению, в которой использованы усиленные пружинные звенья, стянутые вместе с применением проволоки со спиральной навивкой.
Фиг. 2 соответствует сечению по линиям 2-2 структуры по фиг. 1.
Фиг. 3 соответствует сечению по линиям 3-3 структуры по фиг. 1 и иллюстрирует усиленное пружинное звено согласно изобретению, которое сцеплено с краевой проволокой.
Фиг. 4A - это перспективное изображение изделия на основе непрерывной пружины, использующее коаксиальные пружинные звенья согласно настоящему изобретению
Фиг. 4B - это перспективное изображение изделия в виде внутренних пружин на основе непрерывной пружины, установленных для совмещения с изделием в виде внешних пружин на основе непрерывной пружины для формирования коаксиальных пружинных звеньев.
Фиг. 5 представляет вид в плане пружинной структуры согласно изобретению с рядом коаксиальных пружинных звеньев.
Фиг. 6 является схематичным изображением вида пружинной структуры в плане, где каждая пара пружин и каждая коаксиальная пара пружин в каждом ряду показаны контурными линиями, представляющими собой продолжение Z-образных соединительных сегментов.
Фиг. 7 представляет вид в плане в увеличенном масштабе части зоны, изображенной на фиг. 6.
Фиг. 8 представляет собой вид сверху на фрагмент альтернативного варианта пружинной структуры согласно настоящему изобретению.
Фиг. 9 является схематичным изображением варианта по фиг. 8, где каждая пара пружин и каждая коаксиальная пара пружин в каждом ряду показаны контурными линиями, представляющими собой продолжение Z-образных соединительных сегментов.
На фиг. 1 показана пружинная структура 10, в которой используются усиленные пружинные звенья согласно настоящему изобретению. Структура 10 включает в себя множество пружин 12, которые для удобства описания изобретения называются внешними пружинами. Некоторые из внешних пружин 12 используются в сочетании с другими пружинами 14, называемыми в данном описании внутренним пружинами, для формирования усиленных пружинных звеньев 16, как это будет описано далее. Хотя предпочтительно, чтобы внутренние пружины 14 и соответствующие им внешние пружины 12 были коаксиальны, ориентация каждой пружины и ее витков может отличаться от ориентации других пружин. Таким образом, термины "внутренние" и "внешние" служат здесь просто для различения пружин и необязательно точно описывают их ориентацию в составе усиленного пружинного звена.
Чтобы сформировать пружинную структуру 10, внешние пружины 12 выставляются рядом одна с другой в виде пространственно согласованных рядов 18. Внешние пружины 12 состоят из ряда витков, причем у каждой пружины имеются противоположные концевые витки 20, 22 (см. фиг. 2). Совокупность соответствующих концевых витков 20, 22 пружин 12 находится примерно в одной и той же плоскости и определяет соответственно верхнюю (лицевую) поверхность 24 и противолежащую ей нижнюю поверхность 26 пружинной структуры 10. Усиливающая краевая проволока 28, диаметр которой предпочтительно больше, чем диаметр проволок, используемых для навивки пружин 12, 14, располагается по периферии пружинной структуры 10 в верхней лицевой и в нижней плоскостях 24, 26. Краевая проволока 28 обеспечивает повышение жесткости по краям структуры 10.
В соответствии с принципами настоящего изобретения, определенные зоны пружинной структуры 10 и, более конкретно, определенные ряды пружин этой структуры, такие как, например, ряд 18b, сделаны более жесткими, чем другие ряды пружин, такие как 18с и 18d, за счет использования усиленных пружинных звеньев 16. Звенья 16 формируются путем установки внутренней пружины 14 в каждую внешнюю пружину 12 ряда. Например, внутренняя пружина 14 и внешняя пружина 12 могут быть установлены рядом друг с другом и вдвинуты одна в другую под действием бокового усилия с образованием переплетенного пружинного звена. При таком варианте установки желательно, чтобы каждая внутренняя пружина 14 была навита в том же направлении, что и соответствующая ей внешняя пружина 12, так что обе пружины примерно коаксиальны. Например, внутренняя пружина 14a навита в том же направлении, что и внешняя пружина 12a (как правая спираль, если смотреть от верхней лицевой поверхности 24 к нижней поверхности 26, см. фиг. 1 и 2). Кроме того, внутренняя пружина 14a предпочтительно имеет тот же самый шаг (или число витков на единицу длины), что и внешняя пружина 12a. Следует, однако, учитывать, что внутренняя и внешняя пружины 14, 12 могут иметь и различную навивку, т.е. различаться по направлению навивки и/или ее шагу, хотя это и может усложнить их сопряжение в коаксиальном пружинном звене.
Каждая внутренняя пружина 14 вводится во внешнюю пружину 12, и, как это показано на фиг. 2, структура "пружина в пружине" обеспечивает формирование примерно коаксиального пружинного звена 16, соответствующего проволоке двойной толщины. Внешние и внутренние пружины 12, 14 эффективно совмещены друг с другом и располагаются примерно коаксиально по отношению друг к другу, так что в матраце витки каждой пружины являются смежными по отношению друг к другу и прогибаются одновременно, когда на поверхности 24, 26 (см. фиг. 2) действует нагрузка. Как было отмечено ранее, ориентация смежных витков пружин относительно друг друга изменяется таким образом, что один виток спирали может лежать как внутри, так и снаружи другого витка, независимо от того, обозначена пружина как "внутренняя" или "внешняя".
Пружины 12, 14 пружинной структуры 10 скреплены, или стянуты вместе посредством матрицы из спиральных проволок. Более конкретно, как показано на фиг. 1, множество пространственно отделенных друг от друга спиральных проволок 30 проходят по пружинной структуре в продольном направлении, примерно перпендикулярно рядам 18 пружин. Стягивающие спиральные проволоки 30 соединяют смежные пружины в одном ряду, например, как показано на фиг. 1, одна стягивающая проволока 30a будет соединять первую и вторую пружины 12a, 12b в различных рядах, таких как ряды 18a, 18b и 18c, тогда как другая стягивающая проволока 30b будет соединять все вторые и третьи пружины 12b, 12c соответственно в различных рядах, таких как ряды 18a, 18b и 18c и т.д. Спиральные проволоки 30 охватывают концевые витки смежных пружин 12, 14 вблизи поверхностей 24, 26.
В дополнение к соединению различных пружин одного ряда, спиральные проволоки 30 соединяют также концевые витки каждой внутренней пружины 14 с концевыми витками соответствующей ей внешней пружины 12, как это показано на фиг 1. Поэтому стягивающие спиральные проволоки 30 участвуют в формировании усиленных пружинных звеньев 16. Как видно на примере ряда 18b, концевые витки 20 у верхней лицевой поверхности внешней и внутренней пружин 12a, 14a соединены вместе стягивающей проволокой 30a. При этом верхние концевые витки 20 пружин 12a и 14a соединены с верхними концевыми витками 20 внешней и внутренней пружин 12b, 14b той же стягивающей проволокой 30a. Каждая спиральная проволока 30 проходит по все длине пружинной структуры 10, перекрывая промежутки между пространственно согласованными рядами 18 пружин, и соединяет ряды пружин со смежными рядами, как это показано на фиг. 1. Таким образом, пружинная структура 10 включает в себя множество пружин 12, 14, в том числе в усиленных коаксиальных пружинных звеньях 16, соединенных между собой по рядам посредством стягивающих проволок 30 со спиральной навивкой. При этом стягивающие проволоки соединяют между собой ряды 18 с формированием единой сети пружин, создающей пружинную структуру 10.
Спиральная проволока 32 проходит также по периферии структуры 10, в зоне расположения краевой проволоки 28. Спиральная проволока 32 навита так, чтобы связать краевую проволоку 28 с верхними концевыми витками 20 каждой периферийной пружины, которая является смежной для краевой проволоки 28. Благодаря этому краевая проволока 28 прикрепляется к единой пружинной структуре 10, чтобы обеспечить дополнительную опору краев этой структуры. Спиральная проволока 32 соединяет также усиленные периферийные пружинные звенья 16 с краевой проволокой 28 на концах рядов 18b. Как показано на фиг. 3, краевая проволока 28 надежно приплетена к концевым виткам внешних и внутренних пружин 12a, 14a витками спиральной проволоки 32. В соответствии с принципами настоящего изобретения, ряд 18b содержит множество усиленных пружинных звеньев 16, так что матрац, в котором использована пружинная структура 10, будет иметь повышенную жесткость в области ряда 18b. Аналогичным образом, другие ряды пружин или отдельные пружины могут быть выполнены как усиленные пружинные звенья 16, состоящие из внешних и внутренних пружин 12, 14 для селективного варьирования жесткости матраца в различных его зонах. В дополнение, коаксиальные пружинные звенья могут располагаться также по периферии пружинной структуры для усиления, или повышения жесткости краев структуры. Хотя на фиг. 1 показана только верхняя лицевая поверхность 24 структуры 10, ее нижняя поверхность 26 построена аналогичным образом, с использованием матрицы спиральных проволок 30, связывающих смежные пружины и пространственно согласованные ряды пружин, и еще одной спиральной проволоки 32, которая оплетает краевую проволоку 28. Спиральная проволока 32, расположенная в плоскости нижней поверхности 26, схематично изображена на фиг. 2 штрих-пунктирной линией.
Как показано на фиг. 1, концевые витки 20 пружин со стороны верхней лицевой поверхности 24 заканчиваются накруточными секциями 34, которые накручиваются на часть пружины с образованием непрерывной пружины. Аналогичные накруточные секции использованы и у нижней поверхности 26.
Усиленные пружинные звенья 16 согласно изобретению, которые соединены между собой посредством матрицы стягивающих проволок 30, создают в пружинной структуре 10 зоны повышенной жесткости. Усиленные пружинные звенья 16 предпочтительно изготавливать с использованием пружин 12, 14 из проволоки примерно того же диаметра, что и у проволоки, примененной для изготовления остальных внешних пружин 12, входящих в состав пружинной структуры 10. Таким образом, для повышения жесткости в отдельных зонах структуры 10 не применяется проволока большего диаметра, что приводит к экономии затрат на материалы. Более того, пружинная структура 10 с зонами повышенной жесткости на базе усиленных пружинных звеньев 16 может быть изготовлена способом по данному изобретению, в основном, по такой же технологии, что и структура без усиленных пружинных звеньев, так что достигается высокая эффективность технологического процесса. Хотя в качестве иллюстрации показан только один ряд 18, содержащей усиленные пружинные звенья 16, подобные звенья могут быть использованы и в других рядах.
Фиг. 5 иллюстрирует альтернативный вариант пружинной структуры, построенной согласно принципам настоящего изобретения. Пружинная структура 40 содержит множество рядов пружин, например 42, 43 и 44, которые расположены примерно параллельно и смежно по отношению друг к другу. Каждый ряд 42, 43 и 44 пружин содержит пружины, сформированные из протяженного отрезка проволоки, которая навита таким образом, чтобы образовать множество пространственно разделенных пар 45 пружин или пар коаксиальных пружинных звеньев 54. Отдельные пружины 45a, 45b, образующие пары 45, соединены друг с другом Z-образными соединительными сегментами 47 и 48, которые располагаются последовательно, причем первый из них в верхней плоскости 53 пружинной структуры 40, а второй - в ее нижней плоскости 52 (см. фиг. 4A и 5). Аналогичным образом, отдельные пружины 54a, 54b, входящие в пару коаксиальных звеньев 54, соединены одна с другой Z-образными соединительными сегментами 56, 57, которые располагаются последовательно, причем первый из них в верхней плоскости 53 пружинной структуры 40, а второй - в ее нижней плоскости 52 (см. фиг. 4A и 5).
Как наиболее наглядно показано на фиг. 4A и 4B, каждая пара пружин 45 или пара 54 пружинных звеньев содержит первую пружину 45а с правой навивкой или первое пружинное звено 54a, пространственно удаленную(ое) от второй пружины 45b с правой навивкой или второго пружинного звена 54b, которая(ое) имеет то же число витков, т.е. тот же шаг, что и пружина 45a или пружинное звено 54a. Оси 58 пружин 45a в каждом ряду, например в ряду 42, находятся в плоскости 50, которая параллельна второй плоскости 51, где находятся оси 49 пространственно удаленных пружин 45b. В предпочтительном варианте изобретения оси 58, 49 смежных пружин 45a и смежных пружин 45b расположены эквидистантно, причем эти оси примерно перпендикулярны нижней и верхней плоскостям 52, 53 пружинной структуры 40. Коаксиальные пружинные звенья 54a, 54b в ряду 43 аналогичным образом удалены друг от друга и распределены по параллельным плоскостям, и их оси 59, 60 перпендикулярны нижней и верхней плоскостям 52, 53.
Коаксиальные пружинные звенья 54a, 54b в ряду 43 формируются согласно способу по настоящему изобретению путем пространственного совмещения ряда внутренних пружин, таких как 45a, 45b, и ряда внешних пружин, обозначенных как 55a, 55b (см. фиг. 4B и 5). Как указывалось ранее, термины "внутренние" и "внешние" пружины введены только для удобства описания изобретения. Предпочтительно, чтобы внутренние пружины 45a, 45b были идентичны внешним пружинам 55a, 55b для того, чтобы оба ряда внутренних и внешних пружин могли быть легко совмещены в пространстве с формированием ряда коаксиальных пружинных звеньев 54a, 54b, как это будет описано далее (см. также фиг. 4A).
Как показано на фиг 5, пружинная структура 40 согласно изобретению включает в себя ряды 42, 43, 44 пружин, причем по меньшей мере один из рядов, например ряд 43, содержит усиленные коаксиальные пружинные звенья 54a, 54b для того, чтобы сделать одну или более частей структуры 40 более жесткими, чем другие части этой структуры. Обычно весь ряд будет состоять либо из одинарных пружин 45, либо из коаксиальных пружинных звеньев 54, но, если потребуется, можно применять и только половину ряда коаксиальных пружинных звеньев или даже отдельные коаксиальные пружинные звенья. Хотя на фиг. 5 для целей иллюстрации изображен только один ряд 43 коаксиальных пружинных звеньев, следует учесть, что можно использовать также и множество смежных рядов, аналогичных ряду 43. При этом все ряды, состоящие как из одинарных пружин, так и из коаксиальных пружинных звеньев, предпочтительно располагаются и фиксируются аналогичным образом.
На фиг. 4A изображен ряд коаксиальных пружинных звеньев, построенных согласно настоящему изобретению. Более конкретно, ряд 43 содержит множество смежных пар 54 коаксиальных пружинных звеньев, т.е. пружинных звеньев 54a, 54b, которые построены из пар внутренних пружин 45, состоящих из внутренних пружин 45a и 45b, а также из пар внешних пружин 55, состоящих из внешних пружин 55a и 55b. Как уже упоминалось, в предпочтительном варианте внутренние и внешние пружины 45a, 55a будут иметь одну и ту же форму и как правило являться взаимозаменяемыми.
Как видно из фиг 4B, ряд 43 усиленных коаксиальных пружинных звеньев 54 формируется пространственным совмещением, или переплетением ряда внешних пружин 55a, 55b с рядом внутренних пружин 45a, 45b. Например, первый ряд 43a внутренних пружин 45a, 45b может быть установлен в положение, соответствующее ряду пружин в пружинной структуре 40. Затем ряд 43b внешних пружин 55a, 55b устанавливается в положение, смежное с положением ряда 43a и ориентируется примерно параллельно этому ряду, так что пары 45 внутренних пружин выставлены против пар 55 внешних пружин. Каждый ряд 43a, 43b изготовлен из цельных отрезков проволоки, так что смежные пружины соединяются предпочтительно посредством Z-образных соединительных сегментов. Как уже указывалось, ряд внешних пружин 55a, 55b может быть сформирован таким же образом, что и ряд внутренних пружин 45a, 45b, поскольку термины "внутренние" и "внешние" пружины используются только для того, чтобы яснее объяснить уникальную конструкцию коаксиальных пружинных звеньев, описанную ранее. Ряды внутренних пружин 45a, 45b и внешних пружин 55a, 55b предпочтительно выполняются таким образом, чтобы все пружины имели одно и то же направление навивки, а также одну и ту же ориентацию различных Z-образных соединительных проволочных сегментов 47, 48. Для унификации терминов соединительные сегменты, используемые в ряду внешних пружин 55a, 55b также обозначены индексами 47, 48. Как можно видеть из фиг 4A и 4B, когда смежные ряды 43a, 43b пружин вдвигают друг в друга, чтобы образовать ряд 43 коаксиальных пружинных звеньев 54 согласно способу по настоящему изобретению, исходные ряды 43a, 43b легко совмещаются друг с другом, так что по меньшей мере одна внутренняя пружина (например 45a) в каждом усиленном коаксиальном пружинном звене 54a совмещается, или располагается коаксиально по отношению к внешней пружине 55a коаксиального пружинного звена. После того, как ряд 43 коаксиальных пружинных звеньев 54 сформирован, наложившиеся соединительные сегменты 47, 48 обозначаются индексами 56, 57 (см. фиг. 4A, 5).
Как станет понятно из последующего описания, технология связывания пружин при формировании пружинной структуры 40 предотвращает пружины от защемления, даже если они имеют конфигурацию, отличную от "песочных часов". Благодаря этому возможно применение различных конфигураций, хотя изображенная цилиндрическая форма является предпочтительной.
Ряды усиленных коаксиальных пружинных звеньев 54 могут быть размещены по краям пружинной структуры 40, чтобы увеличить ее длину и усилить края матраца, испытывающие большое давление со стороны садящихся на него лиц. Однако в предпочтительном варианте при образовании участков большей жесткости в определенных местах по длине пружинной структуры 40, т.е. по длине изготовленного на ее основе матраца, ряды 43 коаксиальных пружинных звеньев 54 ориентируются поперек пружинной структуры 40.
Желательно, чтобы каждый ряд 42, 43 и 44 состоял из идентичных пружин, имеющих то же самое направление навивки и шаг (или число витков на единицу длины). Точнее, все ряды являются идентичными, за исключением рядов из коаксиальных пружинных звеньев 54, которые содержат по два ряда внутренних и внешних пружин 44, 45, совмещенных друг с другом.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения расстояние между осями 59, 60 смежных пружин в ряду 43 такое же, как и между осями 49, 58 смежных пружин в других рядах 42 и 44. Условие одинакового расположения и одинакового расстояния между пружинами выполняется также и в отношении двух смежных рядов одинарных внутренних пружинных звеньев 45a, 45b или двух смежных рядов коаксиальных внутренних пружинных звеньев 54. Если пара пружин 45a, 45b в ряду 42 будет соединена в верхней плоскости 53 пружинной структуры 40, смежная с ними пара коаксиальных пружинных звеньев 54a, 54b также будет соединена в верхней плоскости 53 структуры 40. Это наиболее наглядно представлено на фиг. 5, где в ряду 42 смежные пружины 45a, 45b соединены Z-образными проволочными сегментами 47, лежащими в верхней плоскости 53 пружинной структуры и смежные коаксиальные пружинные звенья 54a, 54b соединены двойным Z-образным проволочным сегментом 56, также лежащим в той же верхней плоскости 53 пружинной структуры 40. Такой рисунок, как правило, повторяется по всей пружинной структуре 40. Аналогично, Z-образные сегменты 48 в нижней плоскости 52 пружинной структуры 40 лежат в той же плоскости, что и двойные Z-образные сегменты 57. Этот рисунок также повторяется по всей пружинной структуре 40. В результате Z-образные сегменты в нижней плоскости 52 выставлены аналогичным образом по отношению к Z-образным сегментам в верхней плоскости. Другими словами, положение Z-образных сегментов 47, 56 и 48, 57 в верхней и нижней плоскостях пружинной структуры 40 согласовано как по рядам, так и по колонкам (т.е. в направлении, перпендикулярном рядам).
Чтобы соединить смежные ряды пружин и пружинных звеньев, ряды 42, 43, 44 сначала выставляют таким образом, что Z-образные сегменты, которые соединяют смежные пары пружин в каждом ряду, такие как сегменты 47, 48 для пары внутренних пружин, или одинарных пружин 45a, 45b, или сегменты 56, 57 для пары коаксиальных пружинных звеньев 54a, 54b, накладываются на Z-образные сегменты смежного ряда пружин или пружинных звеньев. Эти наложившиеся отрезки Z-образных сегментов затем связываются вместе посредством спиральных проволочных соединителей.
Как показано на фиг. 4A и 5, первый набор одноэлементных проволочных соединителей, обозначаемый далее, как 61, расположен в верхней плоскости 53 пружинной структуры 40, чтобы связать наложившиеся отрезки 62 верхних соединительных Z-образных сегментов, таких как соединительные сегменты 47 и 56 (см. фиг. 7). Аналогичным образом, второй набор одноэлементных проволочных соединителей, обозначаемый далее, как 63, располагается в нижней плоскости 52 пружинной структуры 40 и служит для связывания наложившихся отрезков 64 нижних соединительных Z-образных сегментов, таких как соединительные сегменты 48 и 57. Левая часть фиг. 5 представляет нижнюю плоскость 52 пружинной структуры 40, чтобы проиллюстрировать соединитель 63 и Z-образные сегменты 48. Из фиг. 4A ясно, что длина каждого проволочного соединителя примерно равна длине рядов и что спиральные проволочные соединители 61, 63 проходят параллельно рядам. Из фиг. 4A, кроме того, ясно, что проволочные соединители 61, 63 связывают также ряд смежных внутренних пружин 45a, 45b и ряд смежных внешних пружин 55a, 55b. Благодаря этому внутренние пружины 45a, 45b фиксируются примерно коаксиально внешним пружинам 55a, 55b и переплетаются с ними, образуя в совокупности с ними коаксиальные пружинные звенья 54a, 54b согласно изобретению.
Связывание рядов непрерывных пружин посредством спиральных проволочных соединителей в соответствии со способом по настоящему изобретению может быть осуществлено на сборочной установке. В подобной установке смежные ряды пружин размещают таким образом, что отрезки 62, 64 смежных Z-образных сегментов 47, 56 и 48 и 57 соответственно накладываются друг на друга. Затем наложившиеся отрезки 62, 64 смежных Z-образных сегментов обматывают проволокой, приобретающей при этом спиральную навивку. При формировании ряда усиленных коаксиальных пружинных звеньев 54 согласно изобретению перед тем, как соединители 61, 63 устанавливают в положения схватывания Z-образных сегментов, ряд внутренних пружин 45a, 45b должен быть пространственно совмещен с рядом внешних пружин 55a, 55b. После завершения наматывания конкретного проволочного соединителя на наложившиеся отрезки 62, 64 Z-образных соединительных сегментов, связанные в результате этого смежные ряды пружин и/или коаксиальных пружинных звеньев смещают на шаг вперед и еще одна пара из верхнего 61 и нижнего проволочного соединителя 63 обматывается вокруг следующего ряда пружин 45a, 45b или пружинных звеньев 54a, 54b, в зависимости от типа следующего ряда. Этот процесс продолжают для ряда за рядом, до достижения заданной длины матраца, после чего собранную систему пружин снимают со станка.
Как показано на фиг. 7, диаметры отрезков проволоки, из которых изготавливают проволочные соединители 61, 63, предпочтительно составляют четверть радиуса наложившихся отрезков 62, 64 Z-образных сегментов. В результате радиус Z-образных сегментов, вокруг которых обматывается проволочный соединитель 61 или 63, примерно в восемь раз превышает радиус этого соединителя, благодаря чему имеется возможность скрепить смежные наложившиеся отрезки, используя несколько витков 65 проволочного соединителя. Скрепленные, или связанные таким образом, смежные пружины или коаксиальные пружинные звенья имеют возможность разворачиваться относительно друг друга, но оказываются зафиксированными от продольного или поперечного смещения. Другими словами, спиральная обмотка проволокой малого диаметра, примененная для связывания наложившихся отрезков 62, 64 сегментов большого радиуса, допускает только угловое смещение смежных взаимосвязанных пружин относительно друг друга.
Обратившись далее к фиг. 6, можно видеть, что каждый блок 70 здесь соответствует контуру типичного Z-образного соединительного сегмента 47, расположенного в верхней плоскости в ряду 42 пружин. Аналогично, каждый блок 72 соответствует контуру типичного Z-образного соединительного сегмента 56, расположенного в верхней плоскости в ряду 43, состоящем из коаксиальных пружинных звеньев 54a, 54b согласно настоящему изобретению. Каждый блок 71 соответствует контуру типичного Z-образного соединительного сегмента 48, расположенного в нижней плоскости в ряду 42 пружин, а каждый блок 73 соответствует контуру типичного Z-образного соединительного сегмента 57, расположенного в нижней плоскости в ряду 43, состоящем из коаксиальных пружинных звеньев. Таким образом, как это видно из фиг 6, блоки 70, 72 и 71, 73 соответствуют звеньям, воспринимающим нагрузку. При этом имеет место взаимное наложение каждого из этих звеньев с другими, что обеспечивает эффект плотной упаковки в пределах пружинной структуры 40, т.е. размещения относительно большого числа пружин на единицу площади. Более того, ряд 43 обеспечивает формирование подобных звеньев, которые, в соответствии с настоящим изобретением, обладают повышенной прочностью и жесткостью и улучшенной нагрузочной характеристикой.
Возвращаясь к фиг 5 и 7, можно отметить, что несколько витков 65 проволочных соединителей 61, 63, которые охватывают и связывают смежные налагающиеся сегменты 62, 64 пружин, сцентрированы в общей поперечной плоскости 75. Следует также отметить, что это плоскость 75 проходит через вертикальные оси 58, 59 или 49, 60 всех пружин или коаксиальных пружинных звеньев, находящихся в поперечном ряду Следовательно, каждая пружина или пружинное звено ряда соединена(о) с двумя пружинами или коаксиальными пружинными звеньями смежных рядов посредством нескольких витков 65 соединителей 61, 63 со спиральной навивкой, центрированных в плоскостях 75, которые совпадают с диаметральными плоскостями, задаваемыми вертикальными осями 58, 59 или 49, 60 пружин или пружинных звеньев. Обнаружено, что такое расположение осей пружин или пружинных звеньев относительно расположения и формы наложившихся соединительных сегментов 62, 64 предотвращает смещение или изгиб пружин при их полном сжатии.
В соответствии со способом по настоящему изобретению, после того, как сборка пружин и различных рядов завершена, краевая проволока, подобная показанной на фиг. 1-3, может быть использована для окончательного формирования структуры. В этом случае краевая проволока прикрепляется к наружным периферийным пружинам смежных рядов, например посредством проволоки 32 со спиральной навивкой. Для фиксации краевой проволоки в пружинной структуре 40 могут быть применены и другие соединительные элементы.
Фиг. 8 и 9 иллюстрируют еще один вариант осуществления изобретения для случая использования изделия на основе непрерывной спиральной пружины, аналогичного представленным на фиг. 4A-7. Строение этого изделия схематично показано на виде сверху (фиг. 8). В основном, конфигурация пружин по фиг. 8 и 9 аналогична конфигурации по фиг. 4A-7, за исключением того, что пружины и их соединительные Z-образные сегменты позиционированы таким образом, что вертикальные оси всех пружин одного ряда лежат в одной плоскости 80, а не расположены в шахматном порядке в двух различных плоскостях, как это показано на фиг. 4A-7.
Z-образные соединительные сегменты в данном варианте, вместо того, чтобы располагаться по одну сторону каждой пружины, заходят за обе стороны каждой пружины, так что эта конфигурация обладает теми же достоинствами, что и варианты по фиг. 4A-7, и минимизирует или устраняет любую тенденцию пружин переналагаться или контактировать со своими смежными витками. Более конкретно, в этом варианте каждый ряд пружин 82, 84, 86 изготавливается из протяженного отрезка проволоки и каждый такой отрезок образует множество пространственно разделенных пружинных пар 88, соединенных друг с другом примерно Z-образными проволочными сегментами 89, расположенными в верхней плоскости пружинной структуры 90.
В соответствии с принципами настоящего изобретения каждая пружинная структура 90 предпочтительно содержит по меньшей мере один ряд 84 коаксиальных пружинных пар 92. Каждая пара 92 пружин 92a, 92b будет содержать пару внутренних пружин 88a, 88b и пару внешних пружин 94a, 94b, которые предпочтительно пространственно совмещены по способу, описанному выше со ссылкой на фиг. 4A-7. Это значит, что ряды внутренних пружин 88a, 88 прижимают к рядам внешних пружин 94a, 94b для формирования коаксиальных пружинных звеньев согласно настоящему изобретению, которые далее обозначаются, как 92a, 92b. Например, пружинное звено 92a будет включать в себя внутреннюю пружину 88a и внешнюю пружину 94a, а каждое пружинное звено 92b будет включать в себя внутреннюю пружину 88b и внешнюю пружину 94b. Пружинные звенья 92a, 92b соединены посредством Z-образных соединительных сегментов 93, 95 в верхней и нижней плоскостях соответственно.
Каждая пружинная пара 88, 92 содержит первую пружину 88a с правой навивкой или пружинное звено 92a, которое смещено относительно второй пружины 88b с правой навивкой или пружинного звена 92b, предпочтительно имеющего такое же число витков, что и пружина 88a или пружинное звено 92a. Однако оси пружин 88a, 88b и пружинных звеньев 92a, 92b лежат в той же плоскости 80, в которой находятся оси смежных пружин и пружинных звеньев. Хотя рекомендуется, чтобы пружины в каждом ряду имели один и тот же диаметр, направление навивки и шаг, при реализации настоящего изобретения возможно также использование альтернативных направлений навивки, диаметров и шага.
В варианте по фиг. 8 и 9 оба угла соединительных Z-образных сегментов лежат вне контура пружин 88 и пружинных звеньев 92 как в верхней, так и в нижней плоскостях пружинной структуры 90. Такая форма Z-образных сегментов облегчает связывание наложившихся Z-образных сегментов посредством спиральных соединителей 98, как это обсуждалось ранее.
Обратившись к фиг. 8, можно отметить, что несколько витков 100 проволочного соединителя 98 охватывают и скрепляют сегменты 102 пружин с пружинами или пружинными звеньями смежных рядов. Следует также отметить, что все Z-образные сегменты имеют такую форму и расположение, что скрепленные наложившиеся сегменты 102 находятся в общей поперечной плоскости 104, которая проходит через оси 106 всех пружин и коаксиальных пружинных звеньев, находящихся в одной поперечной колонке. Следовательно, каждая пружина или каждое коаксиальное пружинное звено соединено с двумя другими пружинами или пружинными звеньями смежных рядов посредством соединителей 100 с центрами 104, расположенными в диаметральной плоскости пружин и пружинных звеньев, определяемой положением осей 106.
Как показано на фиг. 9, каждый блок 110 соответствует контуру типичного Z-образного соединительного сегмента 89, лежащего в верхней плоскости. Аналогично, каждый блок 112 соответствует контуру типичного Z-образного соединительного сегмента 93, лежащего в верхней плоскости в ряду, содержащем коаксиальные пружинные звенья 92a, 92b согласно изобретению. Каждый блок 111 соответствует контуру типичного Z-образного соединительного сегмента 91, лежащего в нижней плоскости, а каждый блок 113 соответствует контуру типичного Z-образного соединительного сегмента 95, также лежащего в нижней плоскости. Таким образом, из диаграммы, представленной на фиг. 9, ясно, что блоки 110, 112 и 111, 113 соответствуют звеньям, воспринимающим нагрузку. При этом имеет место взаимное наложение каждого из этих звеньев с другими, что обеспечивает эффект плотной упаковки в пределах пружинной структуры по фиг. 9, т.е. размещения относительно большого числа пружин на единицу площади. Более того ряды пружин, представленные на фиг. 9, в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивают формирование таких звеньев, которые обладают повышенной прочностью и жесткостью и улучшенной нагрузочной характеристикой.
Выше были описаны несколько различных пружинных конфигураций, воплощающих настоящее изобретение, однако в дополнение к рассмотренным вариантам отдельных пружин и изделий в форме непрерывных пружин могут быть использованы и другие пружинные изделия, например пружины Боннелла и т.д.
Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано посредством описания различных примеров осуществления, раскрытых весьма детально, эти примеры никоим образом не должны ограничивать объем охраны изобретения, который определяется прилагаемой формулой изобретения. Для специалистов в данной области будут очевидны дополнительные достоинства изобретения и его возможные модификации. Таким образом, изобретение в широком понимании не сводится к конкретным деталям и примерам представленного устройства и способа. Соответственно в эти детали осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за границы идеи и объема изобретения.
Внутренняя пружинная структура (10), содержит множество внешних пружин (12), примерно параллельных друг другу и определяющих верхнюю лицевую и нижнюю поверхности (24, 26). Коаксиально одной или нескольким внешним пружинам (12) установлено соответствующее количество внутренних пружин (14) подобной же формы. В одном из вариантов спиральная стягивающая проволока намотана на смежные концевые витки коаксиально установленных пружин для формирования усиленных пружинных звеньев (16). Спиральная стягивающая проволока соединяет пружины (16) пружинной структуры друг с другом и прикрепляет концевые витки периферийных пружин к краевой проволоке (28). В другом варианте осуществления изобретения структура содержит ряд внутренних пружин и ряд внешних пружин, каждый из которых сформирован из единого протяженного отрезка проволоки так, что смежные пружины в ряду связаны между собой соединительными сегментами. Ряды пружин пространственно совмещаются таким образом, что внутренние пружины располагаются коаксиально внешним пружинам для формирования усиленных пружинных звеньев, что обеспечивает повышение жесткости отдельных зон матраца, повышение износостойкости зон матраца, воспринимающих основную нагрузку при относительно низкой стоимости данной пружинной структуры и относительно простой конструкции, не требующей существенной переналадки производственного процесса. 4 с. и 23 з.п. ф-лы, 9 ил.
Приоритет по пунктам:
20.03.95 - по пп.1 - 10, 20 - 22;
15.03.96 - по пп.11 - 19, 23 - 27.
| US 4051567 A, 04.10.77 | |||
| US 4488712 A, 18.12.84 | |||
| US 4369534 A, 25.06.83 | |||
| US 4771494 A, 20.09.88 | |||
| US 4867423 A, 19.09.89 | |||
| Пружинный матрац | 1985 |
|
SU1347930A1 |
