DE1148718B - Nichtmetallische Feder, insbesondere fuer Polsterungen, Matratzen u. dgl. - Google Patents

Description

• Nichtmetallische Feder, insbesondere für Polsterungen, Matratzen u. dgl. Außer den bekannten Stahldrahtsprungfedern sind schon Federn aus nichtmetallischen Stoffen bekanntgeworden.
• Eine Bauart verwendet dazu Streifen von Papier, Pappe oder Plastik, die zu einem Rohr gefaltet sind. Der Rohrquerschnitt weist eine ebene Ober- und Unterseite und zickzackförmige Seitenwände auf. Die zickzackförmigen Seitenwände falten sich bei Belastung federnd zusammen. Die einzelnenFederkörper werden zu einem Federkasten durch Kleben oder Nähen verbunden. Jedoch wird bei diesen Federn im wesentlichen nur die Biegefestigkeit des Materials längs der Faltkanten ausgenutzt, und die Federkraft ist im Verhältnis zum Materialaufwand klein.
• Weiterhin gibt es nichtmetallische Federn, die aus einem in seiner Längsrichtung beanspruchten Gummischlauch bestehen. Sein Axialschnitt zeigt einen wellenförmigen Verlauf der Gummiwand. Die Wände dieser Federn werden beim Zusammendrücken senkrecht zur Federrichtung ausgewölbt. Doch ist ihre Federkraft infolge der elastischen Eigenschaften des Gummis nur sehr gering.
• Es liegt daher die Aufgabe vor, eine nichtmetallische Feder mit einer großen Federkraft zu entwickeln.
• Bei einer nichtmetallischen, aus einem in seiner Längsachse federnd beanspruchten Schlauch bestehenden Feder, deren Axialschnitt einen wellenförmigen Verlauf der geschnittenen Wände hat, sind nach der Erfindung die Wellen faltenbalgartig aus mehreren, in der Längsachse sich folgenden, kegelstumpfförmigen Kunststoffwandteilen gebildet. Die Feder nach der Erfindung setzt zur Erzielung einer hohen Federkraft die ganze Fläche der kegelstumpfförnnigen Wände unter Spannung, wodurch sich bei geringem Materialaufwand eine starke Feder ergibt. Die Feder wird vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff, z. B. Polyäthylen oder Polytetrafluoräthylen, hergestellt.
• Die schlauchförmige Feder kann aus zwei kegelstumpfförmigen Kunststoffwandteilen bestehen, die mit ihrer kleineren Innenkante ineinander übergehen und in Richtung der Längsachse aufeinanderfolgen.
• In anderen Fällen ist es jedoch vorteilhafter, daß die beiden kegelstumpfförmigen Kunststoffwandteile, aus denen der Schlauch besteht, mit ihren größeren Außenkanten ineinander übergehend in Richtung der Längsachse aufeinander folgen.
• Zur Erzielung einer besonders großen Federkraft bei langem Federweg wird aus einer größeren Anzahl aufeinanderfolgender, kegelstumpfförmiger Wandteile ein im Verhältnis zum Durchmesser des Kegels relativ langer Federschlauch gebildet. Weiterhin ist der Winkel zwischen den kegelstumpfförmigen Wänden und der senkrecht zur Schlauchachse liegenden Ebene für die Federwirkung von Bedeutung. Bei kleinem Winkel wird die Federkraft sehr gering, so daß es sich empfiehlt, diesen Winkel mindestens etwa 20° oder größer zu machen. Andererseits wird ein zu großer Winkel dazu führen, daß die Wand des Schlauches bei der Belastung relativ leicht einknickt und somit die Feder zerstört wird. Die Federwirkung geht dann praktisch verloren. Als obere Grenze für den genannten Winkel empfiehlt sich daher ein Winkel von etwa 45°.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung und der Zeichnung von Ausführungsbeispielen hervor. Es zeigt Fig. 1 ein Federelement, bestehend aus zwei kegelstumpfförmigen Flächen im Querschnitt und Fig. 2 in Draufsicht, Fig. 3 ein zweites Federelement im Querschnitt und Fig. 4 in Draufsicht, Fig. 5 eine aus mehreren Federelementen zusammengesetzte Feder in Kreisform in Seitenansicht und Fig. 6 in Draufsicht, Fig.7 eine ähnliche Feder in Quadratform in Seitenansicht und Fig. 8 in Draufsicht, Fig. 9 eine Feder mit Deckplatten in Draufsicht und Fig. 10 in Seitenansicht, Fig.11 eine Feder mit schraubenförmig angeordneten Federelementen, Fig.12 die Verbindung von Federn zu einem Federkern in Seitenansicht und Fig. 13 in Draufsicht, Fig. 14 einen Matratzensatz für ein Bett in Draufsicht zum Teil im Schnitt und Fig. 15 eine Kopfteilmatratze.
• In den Fig.1 und 2 ist eine Feder 2 gemäß der Erfindung im Aufriß und Grundriß dargestellt, die in Richtung des Pfeiles P beansprucht wird. Diese Feder ist durch zwei kegelstumpfförmige Wandteile 2' und 2" gebildet, die in Richtung der Federachse aufeinanderfolgen. Die Wandteile 2' und 2" gehen an ihrem inneren Rand mit kleinem Durchmesser ineinander über. Außerdem weisen die Wandteile 2' und 2" gleichmäßig auf den Umfang verteilte Versteifungsrippen 30 auf.
• Der Winkel, den die konischen Wandteile mit der Ebene senkrecht zur Federachse bilden, ist mit a/2 bezeichnet. `Zweckmäßig weisen beide konischen Wandteile 2', 2" die gleiche Steigung auf, so daß der Gesamtwinkel zwischen zwei aufeinanderfolgenden konischen Wandteilen gleich a ist. Wird nun diese Feder in Richtung des Pfeiles P zusammengedrückt, so werden die innerenWandteile nach innen gedrückt, während die äußeren sich nach außen auszudehnen bestrebt sind. Dabei treten also innerhalb der Wandebene bei den inneren Teilen Druckspannungen und bei den äußeren Teilen Zugspannungen .auf (bzw. umgekehrt). Da jedoch bekanntlich Kunststoffe nach Art des vorzugsweise zu verwendenden Polyäthylens oder ähnlicher Stoffe einer solchen Druck- oder Zugspannung innerhalb der Wand eine sehr große Kraft entgegensetzen, ergibt sich eine große Federkraft, die durch die besondere Form der konischen Wandteile bedingt ist.
• In dem Beispiel nach den Fig. 3 und 4 gehen die konischen Wandteile an ihrem äußeren Rand mit großem Durchmesser ineinander über. Die Unterseite der Feder ist durch eine waagerechte Wand geschlossen, während die Wand der Oberseite 4 mit einer Öffnung 4' versehen ist.
• Besonders vorteilhafte Beispiele der Erfindung sind . die Federn gemäß den Fig. 5, 6 und 7, 8, bei denen gewissermaßen mehrere Federn nach den Fig. 1 bis 4 aufeinandergesetzt eine einzige schlauchförmige Feder bilden. Der übergang von einem Wandteil 2' zum anderen Wandteil 2' kann hierbei rund (Fig. 5) oder spitzwinklig (Fig.7) sein. Der Querschnitt der Schlauchform ist nicht auf die Kreisform beschränkt, er kann z. B. nach Fig. 8 auch etwa quadratisch sein. Auch andere Querschnittsformen sind möglich, jedoch empfiehlt sich aus Symmetriegründen vor ; allem der kreisförmige Querschnitt.
• 1n den Fällen, in denen es vor allem darauf ankommt, eine große Fläche, wie z. B. die Fläche einer Matratze oder einer Polsterung, mit einer größeren Anzahl von Federn abzustützen, ist es erwünscht, ; einen sogenannten Federkern zu bilden, der durch den Zusammenbau mehrerer Federn geschaffen wird. Dieses besondere Problem kann bei den Federn gemäß der Erfindung dadurch gelöst werden, daß die Federn wenigstens auf einer Seite, insbesondere jedoch auf beiden Seiten mit Deckplatten abschließen, die den Querschnitt der Federn senkrecht zu ihrer Längsachse allseitig überragen und insbesondere regelmäßige Vieleckformen aufweisen. Diese Vieleckform ist vorzugsweise quadratisch, doch kann sie z. B. auch rechteckförmig, mit verschiedenen Seitenlängen des Rechtecks, und dreieckförmig sein. Wesentlich ist für die Form der Deckplatten, daß .aus dieser Form durch Aneinanderlegen große, d. h. im Verhältnis zum Querschnitt der Federn (senkrecht zur Längsachse) zusammenhängende Flächen gebildet werden können. Stellt man insbesondere die Deckplatten mit den Federn aus einem Stück her, wobei die Federn mit den Deckplatten vorzugsweise aus thermoplastischem Kunststoff bestehen, insbesondere aus Polyäthylen oder einem ähnlichen Kunststoff gespritzt sind, dann gestatten die Deckplatten in einfacher Weise den Zusammenbau zu einem Federkern, indem die erwähnten Deckplatten mit ihren Rändern aneinandergelegt und durch eine Wärmebehandlung miteinander verschweißt werden.
• Eine Feder mit Deckplatte zeigt im Maßstab 1: 1 die Fig. 9 in Draufsicht und Fig. 10 in Seitenansicht. Die Deckplatte 4 weist eine quadratische Form auf, wobei die Seitenlänge des Quadrates mindestens gleich, vorzugsweise größer, ist als der Durchmesser der Feder 2. Oben und unten erweitert sich die Feder konisch und geht in die Deckplatten 4 über. Um beim Zusammendrücken der Federn die Gefahr des seitlichen Ausknickens zu vermindern, sind die Deckplatten koaxial zueinander und zur Feder 2 angebracht. Ferner weist insbesondere nur eine der beiden Deckplatten eine koaxiale Öffnung 41 auf, aus der beim Zusammenpressen der Feder die Luft entweichen kann. DerFederschlauch besteht im Beispiel der Fig.10 aus je zehn Einzelfedern. Zwischen den kegelstumpfförmigen Wandteilen 25, 26 sind zur Verstärkung der Federwirkung zylinderförmige Ringteile 23 eingeschaltet. Vorteilhaft sind auch an den kleinen Durchmessern solche die Federkraft erhöhende ringförmige Wandteile 24 angebracht. Diese Ringteile 23, '24 haben vorzugsweise nur eine im Vergleich zum Durchmesser des Ringes sehr geringe Höhe. Auch die Dicke der Federwand ist im Verhältnis zum Ausmaß der einzelnen Rippen bzw. dem Durchmesser der Federn gering (siehe den Querschnitt in Fig.10 rechts unten). Trotzdem können, wie oben dargelegt, von dieser Feder große Kräfte ausgeübt werden, weil die Teile 25, 26 im Querschnitt angenähert eine Kegelstumpfform haben, die beim Spannen der Feder einer in der Wand selbst liegenden Verformung einen großen Widerstand entgegensetzen. Die Feder erhält zweckmäßig einen mittleren Durchmesser (= der halben Summe des Außendurchmessers Da und des Innendurchmessers du) von etwa 4,5 cm. Außerdem empfiehlt es sich, den mittleren Durchmesser mindestens etwa dreimal so groß zu machen wie die Höhe h der Einzelfeder, die im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 1,5 cm beträgt. Statt der ringförmigen Auswölbungen können diese auch schraubenförmig ausgebildet sein, wie das die Fig. 11 zeigt. Der Kern für die Form läßt sich dann herausschrauben.
• In der Fig. 12 sind mehrere Schlauchfedern aneinandergereiht. Sie stoßen mit ihren Deckplatten 4 zusammen und sind an ihren Kanten 4" miteinander verschweißt.
• Fig. 13 zeigt eine Aufsicht auf einen Federkern, der durch Verschweißen der Deckplatten 4 an den Rändern 4" entsteht.
• In Fig. 14 sind drei Matratzenteile gezeigt, deren Federkerne entsprechend den Ausführungsbeispielen der Fig. 12, 13 aus einer großen Zahl von Federn zusammengesetzt sind. Die Nachgiebigkeit dieser Federkerne ist so groß, daß sie z. B. bei der Herstellung von Matratzen lediglich von einem Matratzenstoff (in Fig.14 durch die gekreuzten Striche angedeutet) überzogen werden können, ohne daß eine besondere Zwischenpolsterung notwendig ist. Gegebenenfalls empfiehlt es sich jedoch, zwischen dem Matratzenstoff und dem von den Deckplatten 4 gebildeten Flächenteil eine aus Stoffen, wie Wolle, Kapok od. dgl., bestehende Schicht einzufügen. Von den drei Teilen A, B, C, die in üblicher Weise die gesamte Matratze bilden, ist außerdem der in Fig. 15 und in der Fig. 14 links dargestellte Teil A so ausgebildet, daß er im Querschnitt längs der Richtung der Matratze am Kopfende dicker ist als am entgegengesetzten Ende, so daß das sonst vielfach übliche Keilkissen erspart wird. Um außerdem eine gute Wärmeisolierung der Matratze zu erzielen, wird empfohlen, nur eine Deckplatte jeder Feder mit einer Öffnung (Fig. 9) vorzusehen, die andere Deckplatte jedoch zu verschließen, um eine kühlende Luftströmung durch das Innere der Feder in axialer Richtung zu verhindern.
• Die Wand kann bei den Federn gemäß der Erfindung sehr dünn sein, z. B. nur etwa 1 mm bzw. nur '/,o oder weniger der halben Höhe eines konusförmigen Wandteiles 2' bzw. 2". Die zulässige Belastung und die Federkonstante der Federn können noch weiter erhöht bzw. die Wand kann bei gegebener Belastung noch dünner gemacht werden, wenn die Wand mit mehreren gleichmäßig auf den Umfang verteilte Versteifungsrippen 30 (Fig.10, rechts unten) versehen ist. Durch diese Versteifungsrippen wird sowohl das Ausknicken der Wand unter dem Einfluß der inneren Spannungen vermieden als auch die Federkraft erhöht. Die Versteifungsrippen liegen vorzugsweise auf der Innenseite der Wand.

Claims (12)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Nichtmetallische Feder, die insbesondere in Verbindung mit mehreren Federn gleicher Art zur federnden Haltung eines flächigen Teiles, wie des Bezuges einer Polsterung, einer Matratze od. dgl. geeignet ist, bestehend aus einem in seinerLängsachsefederndbeanspruchtenSchlauch, dessen Axialschnitt wellenförmig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellen (2) faltenbalgartig aus mehreren in der Längsachse sich folgenden kegelstumpfförmigen Kunststoffwandteilen (2',2") gebildet sind.
2. 2. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle aus zwei kegelstumpfförmigen Kunststoffwandteilen (2', 2") besteht, die an ihrem inneren Rand mit dem kleinen Durchmesser in der Richtung der Längsachse ineinander übergehen (Fig. 1 und 2).
3. 3. Feder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Welle aus zwei kegelstumpfförmigen Kunststoffwandteilen (2', 2") besteht, die an ihrem äußeren Rand mit dem größeren Durchmesser in Richtung der Längsachse ineinander übergehen (Fig. 3 und 4).
4. 4. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen wenigstens zwei einander folgenden kegelstumpfförmigen Kunststoffwandteilen (2', 2") schmale Zwischenringe (23, 24) vorgesehen sind (Fig. 10).
5. 5. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder aus mehreren faltenbalgartig ausgebildeten und aufeinanderfolgenden Wellen (2) besteht (Fig. 10 und 11).
6. 6. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die faltenbalgartig ausgebildeten Wellen schraubenförmig um die Längsachse der Feder ausgebildet sind (Fig. 11).
7. 7. Feder nach einem der Ansprüche l bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die kegelstumpfförmigen Kunststoffwandteile der Feder im entspannten Zustand einen Winkel (u/2) von mindestens 20°, insbesondere etwa 30°, gegen eine die Längsachse der Feder senkrecht schneidende Ebene bilden. B.
8. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand der Feder durch insbesondere mehrere gleichmäßig auf den Umfang verteilte Rippen (30) versteift ist (Fig. 1, 2 und 10).
9. 9. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Wand aus dem thermoplastischen Kunststoff Polyäthylen oder einem Kunststoff mit ähnlichen Eigenschaften, wie Polytetraftuoräthylen, besteht.
10. 10. Feder nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder an einem oder beiden Enden mit einer etwa ebenen, vorzugsweise quadratischen Deckplatte (4) verbunden ist, insbesondere mit dieser aus einem Stück besteht, indem die faltenbalgartige Federwand mittels eines etwa konisch sich erweiternden Wandteiles in die Deckplatte (4) übergeht (Fig. 9, 10 und 11).
11. 11. Anordnung mit mehreren Federn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckplatten (4) an ihren Rändern miteinander fest verbunden, insbesondere bei Verwendung von Deckplatten aus thermoplastischem Kunststoff, wie Polyäthylen, miteinander verschweißt sind (Fig. 12 und 13).
12. 12. Anordnung mit mehreren Federn nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federkern für eine Polsterung, insbesondere für eine Matratze, aus einer Vielzahl von Einzelfedern besteht, die insbesondere nur an ihren oberen und unteren Enden miteinander verbunden sind und dort je eine zusammenhängende Fläche aufweisen (Fig. 14). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 846 158; USA.-Patentschrift Nr. 2 433 012.