ОРТОПЕДИЧЕСКИЙ МАТРАС С БЛОКОМ НЕЗАВИСИМЫХ ПРУЖИН

Полезная модель относится к области удовлетворения жизненных потребностей человека, в частности, к производству ортопедических пружинных матрасов с независимыми пружинными блоками.
2
2
В настоящее время широко распространены матрасы с ортопедическим эффектом из блоков независимых пружин, в которых пружины не связаны друг с другом, что позволяет им воспринимать нагрузку от тела пользователя автономно, при этом ненагружаемая часть матраса не деформируется. Понятие «ортопедический эффект» связано с понятием «точечная эластичность» матраса - это способность каждого сантиметра изделия реагировать на движения тела пользователя. На точечную эластичность матраса влияет количество независимых пружин на единицу площади. В среднем на одно спальное место, которое определяют как 1×2 м устанавливают от 200 до 1100 пружин. Количество пружин при прочих равных условиях определяет так называемый «класс» ортопедического матраса. Различают матрасы бюджетного класса, среднего класса, высокого класса, и класса «топ» - самого высокого, у которого количество независимых пружин на 2 м составляет 1000 и более. В зависимости от параметров пружин, в том числе материала, из которого изготовлена пружина, шага пружины, угла подъема витков, диаметра, количества витков зависят механические характеристики пружины, такие как упругая жесткость, устойчивость, податливость и другие характеристики. Обычно для изготовления таких ортопедических матрасов используют цилиндрические пружины. Они позволяют сформировать симметричную конструкцию за счет равномерности размера пружины по высоте и линейной характеристики упругой жесткости цилиндрической витой пружины. Матрасы с применением цилиндрических винтовых пружин сжатия нашли широкое распространение за счет относительно недорогого производства, однако, проблема невысокой боковой устойчивости цилиндрических пружин и возможного «вспучивания» заставляет производителей пружинных ортопедических матрасов искать альтернативные варианты выполнения независимых пружинных блоков взамен цилиндрических пружин.
Общеизвестно, что конические винтовые пружины обладают более высокой стойкостью на боковой изгиб при сжатии по сравнению с цилиндрическими при прочих равных параметрах. Характеристика упругого сжатия у конической пружины, в отличие от цилиндрической, нелинейная, что для ортопедического эффекта является преимуществом. Конические пружины бесшумны за счет отсутствия соударения витков пружин при сжатии. Также конические пружины востребованы в тех случаях, когда необходимо получить максимальное сжатие, так как при расположении каждого витка внутри предыдущего при сжатии можно получить высоту, равную высоте проволоки, из которой изготовлена коническая пружина.
Применение конических пружин для изготовления матрасов известно из уровня техники. Так, из уровня техники известно подушечное пружинное устройство, которое содержит несколько соседних подушечных пружинных элементов, каждый из которых образован первой пружинной деталью и второй пружинной деталью. Подушечные пружинные элементы соединены в общий блок посредством соединительного элемента, который расположен между первой и второй пружинными деталями. Соединительный элемент выполнен в виде прокладочного материала и изготовлен из ткани, и к нему пришиты подушечные пружинные элементы. Каждая из пружинных деталей содержит пружинное тело с одной стороны и опорную пластину с другой стороны, которые выполнены как одно целое и изготовлены из пластмассы. Пружинное тело каждого пружинного элемента конически сужается к опорной пластине (описание к изобретению RU 2388393, А47С 27/04). При этом пружинные детали расположены друг над другом, образуя элемент, похожий на биконическую пружину.
Также из описания изобретения к евразийскому патенту ЕА 023668, МПК А47С 23/06, известен узел внутренних пружин, включающий в себя множество винтовых пружин, в котором по меньшей мере одна винтовая пружина имеет верхнюю часть пружины с первой, по существу, линейной жесткостью пружины, и нижнюю часть пружины, расположенную под верхней частью пружины, со второй, по существу, линейной жесткостью пружины, причем верхняя часть пружины и нижняя часть пружины разделены поддерживающей пластиной и высота верхней части пружины меньше высоты нижней части пружины, а вторая, по существу, линейная жесткость нижней части пружины больше первой, по существу, линейной жесткости верхней части пружины, и при этом при приложении нагрузки винтовая пружина сжимается с первой, по существу, линейной жесткостью на большей части сжатия и со второй, по существу, линейной жесткостью на оставшейся части сжатия, причем винтовая пружина выполнена с возможностью сжатия с первой, по существу, линейной жесткостью верхней части пружины в более широком диапазоне прикладываемых нагрузок по сравнению со сжатием со второй, по существу, линейной жесткостью нижней части пружины. В частном случае верхняя часть пружины включает в себя множество витков, имеющих одинаковый первый шаг, и нижняя часть пружины включает в себя множество витков, имеющих одинаковый второй шаг, при этом первый шаг отличается от второго шага; винтовая пружина выполнена таким образом, чтобы под действием нагрузки подвергаться линейному сжатию до того, как она подвергнется нелинейному сжатию; верхняя часть винтовой пружины выбирается из группы частей, включающей, по существу, конические части и части в форме, по существу, усеченного конуса; нижняя часть винтовой пружины является, по существу, цилиндрической; винтовая пружина выполнена из металлического состава, содержащего один или более элементов, выбранных из группы, включающей в себя сталь, хром, никель, молибден, медь, титан, кобальт, ниобий, ванадий, алюминий, платина и вольфрам; винтовая пружина выполнена из многожильного кабеля; винтовая пружина представляет собой заключенную в оболочку пружину; винтовая пружина включает в себя смещенный виток на каждом конце; винтовые пружины расположены в горизонтальных и вертикальных рядах, так что каждая винтовая пружина расположена рядом, по меньшей мере, с одной другой винтовой пружиной; соседние винтовые пружины соединены клеем или проволочным кольцом; соседние винтовые пружины могут быть не соединены вдоль верхней части пружин; узел внутренних пружин приспособлен для подпружиненного опорного элемента, такого как матрас.
Из описания к заявке на изобретение WO 2017105454, МПК А47С 27/06; А47С 27/07; B68G 9/00 известен матрас, выбранный в качестве прототипа, содержащий: множество пружин одна-в-другой, расположенных в матрице, а также первую опорную поверхность и вторую опорную поверхность, противоположную первой опорной поверхности, каждую из множества спиральных пружин, включающих проволоку, из которой сформирована внутренняя пружина, имеющая по существу коническую форму, и внешняя пружина, расположенная вокруг внутренней пружины и имеющая по существу цилиндрическую форму. В частном случае дополнительно содержит: верхний корпус поддерживающего слоя, расположенный рядом с первой опорной поверхностью; нижний слой, расположенный рядом со второй опорной поверхностью, и боковую панель, проходящую между верхним опорным слоем и нижним основанием.
В качестве преимущества вышеприведенного известного технического решения указано обеспечение переменной характеристики нагрузки при сжатии винтовой пружины, преимущественно для обеспечения пользователю расположенной на матрасе улучшенной поддержки для частей тела пользователя при воздействии на матрас более высокой нагрузки. Таким образом, известный матрас обеспечивает пользователю нелинейную опору, обычно реализуемую в пенополиуретановом матрасе, но благодаря использованию конических пружин. Информация из вышеприведенной публикации подтверждает преимущества конических пружин для использования в ортопедических матрасах за счет присущей именно коническим пружинам нелинейной упругой характеристики.
Недостатком известных из уровня техники устройств является нерешенная проблема изготовления пружинных ортопедических матрасов с блоками независимых пружин с наибольшим количеством конических пружин на единицу площади спального места, что позволило бы использовать преимущество конических пружин за счет наличия нелинейной характеристики упругой жесткости, и при этом обеспечить максимальное количество пружин на единицу площади, что, в свою очередь, повысило уровень комфорта матрасов, использующих конические пружины, который не может быть обеспечен цилиндрическими и биконическими пружинами при прочих равных параметрах пружин, включая равный диаметр основания пружин, шаг и угол подъема витков, а также материал, из которого изготовлены пружины. Во всех известных технических решениях недостаточно плотное прилегание конических пружинных элементов в пружинных блоках, из которых изготовлены матрасы, которое определяется или цилиндрической составляющей пружинных блоков, как наружная цилиндрическая пружина нижняя цилиндрическая часть пружины согласно ЕА 023668, либо как нижнее основание в WO 2017105454, либо как верхнее основание установленных друг над другом конических пружин, образующие воображаемый цилиндр согласно RU 2388393; также причиной малого количества пружин в блоке независимых пружин, а также в изделии, использующем такой блок независимых пружин, по описанию в прототипе RU 2388393 для случая применения только одной опорной поверхности с одним рядом конических пружин, является то, что конические пружины установлены на опорной поверхности основанием, у которого диаметр больше, чем у верхней части, и пустоты между сужающимися верхними частями остаются незаполненными, в связи с чем количество конических пружин на единицу площади изделия определяется размерами основания конических пружин, что аналогично цилиндрическим пружинам.
Технической проблемой настоящей полезной модели является расширение арсенала средств аналогичного назначения, а именно, ортопедических матрасов с блоками независимых пружинных элементов конической формы, с более плотным расположением пружинных элементов в блоке, с увеличенным количеством пружин на единицу площади, и, как следствие, с повышенной точечной эластичностью и улучшенным ортопедическим эффектом пружинных матрасов, использующих в своем составе такие блоки из независимых пружин.
Техническая проблема решается за счет того, что ортопедический матрас содержит боковую формообразующую зону, расположенную в области периметра, верхнюю формообразующую зону, нижнюю формообразующую зону, а также внутреннюю зону, расположенную внутри формообразующих зон, выполненную из независимых пружинных элементов, выполненных из спиральных конических пружин с основанием большего диаметра и верхней частью меньшего диаметра, установленных таким образом, что оси пружин расположены перпендикулярно нижней и верхней формообразующим зонам, пружинные элементы помещены в чехлы и расположены в рядах, сформированных за счет двухслойных лент с карманами, которые образованы за счет соединений слоев лент, карманы лент выполняют функцию чехлов для пружинных элементов, при этом одни пружинные элементы установлены в карманы лент основанием вниз, а другие пружинные элементы установлены в карманы лент основанием вверх.
В одном из частных случаев реализации ортопедического матраса каждый ряд образован лентой, в которой карманы выполнены за счет соединительных швов, расположенных в поперечном направлении относительно продольного направления расположения ленты.
В другом частном случае реализации ортопедического матраса внутренняя зона сформирована за счет чередования рядов лент, где в одном ряду конические пружинные элементы установлены основанием вниз, а в другом ряду конические пружинные элементы установлены основанием вверх.
В третьем частном случае реализации ортопедического матраса внутренняя зона сформирована за счет чередования рядов лент, где в каждом ряду конические пружинные элементы установлены поочередно основанием вниз и основанием вверх.
В четвертом частном случае реализации ортопедического матраса пружинные элементы установлены в прямом порядке, таким образом, что воображаемые прямые, соединяющие оси соседних трех пружинных элементов, два из которых расположены в одном ряду, а третий расположен в соседнем ряду, на виде сверху образуют прямой угол.
В пятом частном случае реализации ортопедического матраса пружинные элементы установлены в шахматном порядке, таким образом, что воображаемые прямые, соединяющие оси соседних трех пружинных элементов, два из которых расположены в одном ряду, а третий расположен в соседнем ряду, на виде сверху образуют отличный от прямого угол.
В шестом частном случае реализации ортопедического матраса каждый ряд образован лентой, в которой карманы выполнены вплотную друг к другу за счет выполнения одного соединительного шва между двумя соседними карманами.
В седьмом частном случае реализации ортопедического матраса каждый ряд образован лентой, в которой карманы выполнены на расстоянии друг от друга за счет двух соединительных швов слоев ленты между двумя соседними карманами с образованием межкарманного участка ленты.
Технический результат заключается в решении проблемы расширения арсенала средств аналогичного назначения, а именно, в создании устройства ортопедического матраса с блоком независимых пружин с увеличенным количеством пружин на единицу площади за счет более плотного расположения пружин, и, как следствие, с повышенной точечной эластичностью и улучшенным ортопедическим эффектом.
Сущность полезной модели иллюстрируется графическими материалами, где на фиг. 1 изображен пример выполнения ортопедического матраса с зонами из конических пружин на виде сверху; на фиг. 2 изображен на виде сверху пример внутренней зоны матраса с пружинными элементами конической формы, которые установлены в чередующиеся ряды, где один ряд сформирован за счет одинаково установленных конических пружин основанием вниз, а другой ряд сформирован за счет одинаково установленных конических пружин основанием вверх, при этом воображаемые прямые, соединяющие оси соседних трех пружинных элементов, два из которых расположены в одном ряду, а третий расположен в соседнем ряду, образуют прямой угол; на фиг. 3 изображен на виде сверху пример внутренней зоны матраса с пружинными элементами конической формы, которые установлены в чередующиеся ряды, где один ряд сформирован за счет одинаково установленных конических пружин основанием вниз, а другой ряд сформирован за счет одинаково установленных конических пружин основанием вверх, при этом воображаемые прямые, соединяющие оси соседних трех пружинных элементов, два из которых расположены в одном ряду, а третий расположен в соседнем ряду, образуют отличный от прямого угол; на фиг. 4 изображен на виде сверху пример внутренней зоны матраса с пружинными элементами конической формы, которые установлены в ряды, где каждый ряд сформирован за счет поочередно установленных конических пружин основанием вниз и вверх, при этом воображаемые прямые, соединяющие оси соседних трех пружинных элементов, два из которых расположены в одном ряду, а третий расположен в соседнем ряду, образуют прямой угол; на фиг. 5 изображен вид сбоку пружинного элемента в виде конической пружины; на фиг. 6 изображен вид сверху пружинного элемента в виде конической пружины; на фиг. 7 изображен схематично пример выполнения ортопедического матраса, иллюстрирующий частный случай выполнения карманов ленты с вертикальными соединительными швами и установленными в карманы ленты коническими пружинами основанием вниз; на фиг. 8 изображен схематично пример выполнения ортопедического матраса, иллюстрирующий частный случай выполнения карманов ленты с вертикальными соединительными швами и установленными в карманы ленты коническими пружинами поочередно основанием вниз и вверх.
На чертежах приведены следующие позиции: 1 - нижняя формообразующая зона; 2 - боковая формообразующая зона; 3 - верхняя формообразующая зона; 4 - внутренняя зона из пружинных элементов конической формы; 5 - пружинный элемент с основанием внизу; 6 - пружинный элемент с основанием вверху; 7 - лента; 8 - карман; 9 - соединительный шов.
Ортопедический матрас с блоком независимых пружин содержит нижнюю формообразующую зону (1), боковую формообразующую зону (2), расположенную в области периметра матраса, верхнюю формообразующую зону (3), а также внутреннюю зону (4), расположенную внутри формообразующих зон (1, 2, 3).
Нижняя (1) и верхняя (3) формообразующие зоны могут содержать, в том числе, опорную поверхность, которая может быть изготовлена, например, например, из фанеры, или из дерева, или из другого материала, устойчивого к изгибным нагрузкам.
Верхняя формообразующая зона (3), предназначенная для лежания или сидения, расположена в области верхней поверхности матраса, и может содержать, в том числе, помимо опорной поверхности, слои из латекса, войлока или их заменителей, а также слои из других материалов природного или искусственного происхождения, применяемых в мебельной промышленности при производстве мебельных матрасов, обеспечивающих комфорт для пользователя, в том числе, например, с эффектом памяти. При выполнении матраса двусторонним, предназначенным для использования с обеих сторон, например, по схеме обивки матраса «зима-лето», нижняя формообразующая зона (1) может меняться с верхней формообразующей зоной (3). Нижняя (1) и верхняя (3) формообразующие зоны предотвращают повреждение от пружин и придают матрасу дополнительную упругость. При средней высоте матраса 15-25 см, высота нижней (1) и верхней (3) формообразующих зон может составлять от 1 до 8 см.
Боковая формообразующая зона (2) расположена в области периметра матраса и предназначена для поддержания формы матраса и удерживания пружин (5, 6) от возможного распадения при приложении неосесимметричной нагрузки. Боковая формообразующая зона (2) может быть выполнена в виде одной или нескольких панелей, например, из пенополиуретана или иного искусственного или природного материала, применяемого в мебельной промышленности, способного сохранять форму.
Внутренняя зона (4) выполнена из независимых пружинных элементов (5, 6), в виде спиральных конических пружин с основанием большего диаметра d и верхней частью меньшего диаметра d2 (см. фиг. 5), установленных таким образом, что оси пружин (5, 6) расположены перпендикулярно нижней (1) и верхней (3) формообразующим зонам.
У применяемых конических пружинных элементов (5, 6) уменьшающийся диаметр витков от основания к верхней части. При сжатии конической спирали сначала деформируются более мягкие широкие витки, за ними начинают работать более жесткие узкие витки. Таким образом, в отличие от цилиндрических пружин, они обладают переменной жесткостью и нарастающим увеличением сопротивления при деформации. У конических пружин каждый последующий виток меньше предыдущего, при сжатии располагающиеся один в другом, за счет чего пружина деформируется до толщины проволоки (см. фиг. 6).
В преимущественном исполнении пружинные элементы (5, 6) расположены в рядах, сформированных за счет двухслойных лент (7) с карманами (8), которые образованы за счет соединений (9) слоев лент (7), карманы (8) выполняют функцию чехлов для пружинных элементов (5, 6), при этом одни пружинные элементы (5) установлены в карманы (8) лент (7) основанием вниз, а другие пружинные элементы (6) установлены в карманы (8) лент (7) основанием вверх (см. фиг. 7-8).
В частном случае реализации ортопедического матраса каждый ряд образован лентой, в которой карманы (8) сформированы за счет соединительных швов (9), выполненных в поперечном направлении относительно продольного направления расположения ленты (7) (см. фиг. 7-8).
Каждый ряд матраса может быть образован лентой (7), в которой карманы (8) выполнены вплотную друг к другу за счет выполнения одного соединительного шва (9) между двумя соседними карманами (8) (см. фиг. 7, 8).
Также каждый ряд может быть образован лентой (7), в которой карманы (8) выполнены на расстоянии друг от друга за счет двух соединительных швов (9) слоев ленты (7) между двумя соседними карманами (8) с образованием межкарманного участка (на фиг. не показано) ленты (7).
Внутренняя зона (4) может быть сформирована за счет чередования рядов лент (7), где в одном ряду конические пружинные элементы (5) установлены основанием вниз, а в другом ряду конические пружинные элементы (6) установлены основанием вверх (см. фиг. 2, 3, 7).
Внутренняя зона (4) также может быть сформирована за счет чередования рядов лент (7), где в каждом ряду конические пружинные элементы (5, 6) установлены поочередно основанием вниз и основанием вверх (см. фиг. 4, 8).
Пружинные элементы (5, 6) могут быть установлены в прямом порядке, таким образом, что воображаемые прямые, соединяющие оси соседних трех пружинных элементов (5, 6), два из которых расположены в одном ряду, а третий расположен в соседнем ряду, на виде сверху образуют прямой угол (см. фиг. 1, 2, 4).
Также пружинные элементы (5, 6) могут быть установлены в шахматном порядке, таким образом, что воображаемые прямые, соединяющие оси соседних трех пружинных элементов (5, 6), два из которых расположены в одном ряду, а третий расположен в соседнем ряду, на виде сверху образуют отличный от прямого угол (см. фиг. 3).
Пружинные элементы (5, 6) могут быть установлены как с возможностью горизонтального перемещения относительно нижней и верхней (1, 3) формообразующих зон так и быть зафиксированы на них, например, с помощью клеевого соединения или с помощью иных фиксирующих элементов, или, например, быть могут быть установленными в специальные впадины, выполненные в опорных поверхностях нижней (1) или верхней (3) формообразующих зон, либо иным образом.
Отличительной особенностью ортопедического матраса с блоком независимых пружин согласно заявляемой полезной модели является то, что основание и верхняя часть одного пружинного элемента (5) установлены противоположно основанию и верхней части другого пружинного элемента (6). Такое расположение пружинных элементов (5, 6) позволяет увеличить количество пружин на единицу площади и повысить точечную эластичность матраса, по сравнению с известными матрасами и пружинными блоками в зависимости от разницы диаметра верхней части и диаметра основания конических пружинных элементов, при одновременном улучшении жесткостных характеристик.
2
2
Обычно при диаметре пружины 6 см поддерживаемый участок тела 35 см, при диаметре пружины 4 см поддерживаемый участок почти в два раза меньше. Так, при выполнении пружинных элементов из широко распространенных витых металлических пружин с основанием диаметром 6 см, в случае выполнения пружин цилиндрической формы, на одно спальное место размером один метр на два метра, т.е. на 2 м, приходилось бы 450 пружин, такое же количество пружин пришлось бы использовать и в случае применения конических пружин диаметром основания 6 см, установленных на опорной поверхности основанием вниз, а верхней частью вверх. Согласно же предлагаемому изобретению конические пружинные элементы (5, 6) устанавливают таким образом, что, основания первых пружинных элементов расположены внизу, а основания вторых пружинных элементов расположены вверху. При этом, например, в случае выполнения их с диаметром верхней части 3 см, количество пружин возрастает в полтора раза и составляет 675, что сразу же позволяет отнести матрас с такими пружинными блоками к более высокому классу по ортопедическому эффекту.
В предпочтительном способе изготовления ортопедического матраса сначала изготавливают ленты (7) с карманами (8) с размещенными в карманах (8) пружинами (5, 6), после чего эти ленты (7) разрезают на подходящую длину и устанавливают свободно или соединяют друг с другом сторона к стороне с образованием внутренней зоны (4) матраса. Ленты (7) могут быть предпочтительно выполнены посредством сложения двух слоев обшивочного тканого или нетканого материала и выполнения соединительных швов (9) слоев ленты (7), например сваркой, ультразвуком, клеем, скобами или скрепками, а также лентой Velcro или другими средствами скрепления, что приводит к образованию отдельного кармана (8) для каждой пружины (5, 6). Соединительные швы (9), в частном случае, могут быть расположены поперек продольного направления рядов лент (7) (см. фиг. 7-8).
Ортопедический матрас с блоком независимых конических пружин может быть изготовлен с помощью существующих в настоящее время технологий в мебельной промышленности, обладает повышенным количеством пружин на единицу площади, улучшенным ортопедическим эффектом за счет повышенной точечной эластичности и может найти широкое применение в производстве ортопедических пружинных матрасов с независимыми пружинными блоками.