ПРУЖИНА И ПРУЖИННЫЙ БЛОК

Предлагаемые пружина и пружинный блок относятся к производству мягкой мебели и матрасов. Пружина и пружинный блок предназначены, в частности, для использования в ортопедических двухсторонних матрасах.
Известен пружинный блок, выполненный из пружин с верхней и нижней зонами поддержки, между которыми сформирована зона сжатия. При этом верхняя и нижняя зоны поддержки образованы соответствующими витками концов пружины в плоскости, перпендикулярной их оси. Зона сжатия имеет биконусную конструкцию, а концы витков пружин верхней зоны поддержки имеют радиус, меньший максимального радиуса витков зоны сжатия. При этом концы витков пружин нижней зоны поддержки имеют радиус, равный максимальному радиусу витков зоны сжатия (RU 54741 U1; A47C 23/04; 27.06.2006). Недостатком пружины этого пружинного блока является относительно низкая устойчивость при горизонтальных нагрузках. Недостаток пружинного блока выражается в ускоренном износе при эксплуатации вследствие взаимодействия пружин блока между собой под нагрузками с горизонтальной составляющей.
Известен также пружинный блок, содержащий независимые пружины, помещенные в отдельные мешочки из нетканого полотна и установленные вплотную друг к другу, причем независимые пружины выполнены из пружин с верхней и нижней зонами поддержки, между которыми сформирована зона сжатия, при этом, верхняя и нижняя зоны поддержки образованы соответствующими витками концов пружин в плоскости, перпендикулярной их вертикальной оси, а верхние и нижние поверхности мешочков, в которые помещены независимые пружины, приклеены соответственно к верхнему и нижнему слоям нетканого полотна с размерами, соответствующими размерам независимого пружинного блока (RU 64489 U1; A47C 17/00; 10.07.2007). Недостатками этого пружинного блока и этой пружины являются сниженные потребительские качества, что вызвано относительно высоким уровнем скрипа ввиду взаимодействия соседних пружин, и как следствие износ и разрыв материала мешочков.
Известен пружинный блок (RU 112605 U1; A47C 23/04; 20.01.2012), выполненный из пружин с верхней и нижней зонами поддержки, между которыми сформирована зона сжатия, имеющая биконусную конструкцию, при этом верхняя и нижняя зоны поддержки образованы соответствующими витками концов пружины в плоскости, перпендикулярной ее оси, а биконусная конструкция зоны сжатия образована усеченными конусами, причем отношение диаметров их нижнего основания к верхнему составляет 1,2÷1,3. Недостатки этих технических решений выражаются в том, что пружина биконусной формы, в том числе и с использованием формы усеченных конусов, при сжатии в вертикальном направлении не имеет четкой осевой направленности ввиду разности диаметров витков в зоне сжатия, это создает возможность деформации пружины в горизонтальных направлениях из-за низкой осевой устойчивости, и, следовательно, возможность разрыва материала мешочка, в который обычно помещается пружина, или обивки матраса, изготовленного из набора пружинных блоков, что может привести к травмированию пользователя. Еще одним недостатком этих технических решений, как и предыдущего аналога, являются сниженные потребительские качества ввиду относительно высокого уровня скрипа матраса, вызванного трением витков соседних пружин, поскольку они касаются, по крайней мере, в двух зонах - в верхней и нижней зонах поддержки.
Дополнительно к этому в известных пружинных блоках для матрасов возможно проявление относительно высокого уровня остаточной деформации пружины, что снижает сроки эксплуатации матрасов.
Известны пружина и пружинный блок, раскрытые в описании и рисунках к патенту на полезную модель «Пружинный блок «Смарт спринг» (RU 120858 U1; A47C 23/00; 2012.10.10). Пружинный блок содержит пружины, имеющие верхнюю и нижнюю зоны поддержки, между которыми сформирована зона сжатия, при этом верхняя и нижняя зоны поддержки образованы соответствующими витками концов пружины в плоскости, перпендикулярной ее оси, зона сжатия имеет бочкообразную форму, а шаг навивки витков пружины в центральной части зоны сжатия пружины имеет величину 3/6÷3/4 шага навивки в зоне вторых витков зоны сжатия, при этом диаметр витков пружины в зонах поддержки составляет 3/4÷4/5 от диаметра среднего витка зоны сжатия пружины, число витков пружины составляет 6÷8. Недостаток этого технического решения выражается в том, что функциональные зоны пружины не могут деформироваться независимо друг от друга под боковой нагрузкой (т.е. нагрузкой, вызывающей наклон крайнего верхнего витка пружины). Под действием боковой нагрузки (т.е., например, такой нагрузки, которая создается по периметру лежащего на матрасе тела) на верхний плоский краевой виток такая пружина изгибается в своей центральной области, что ведет к трению о соседние пружины, а удобство пользования матрасом снижается.
Недостаток вышерассмотренного решения «Пружинный блок «Смарт спринг» (RU 120858 U1) частично устранен в пружине, известной из публикации TWM 412696; A47C 23/04; F16F 1/04; 2011.10.10. В этом решении шаг навивки периферийных винтовых витков меньше чем шаг навивки центральных витков. В результате при боковой нагрузке на верхний плоский виток реакция пружины выражается в преимущественном изгибе верхней зоны пружины, в которой шаг витков существенно меньше, чем в средней зоне пружины. Недостаток этой пружины выражается в том, что крайние верхняя и нижняя зоны пружины сопряжены со средней зоной непосредственно, в результате при боковой нагрузке на верхний край пружины в средней зоне пружины тоже возникает изгиб оси пружины, хотя и в меньшей степени, чем в верхней зоне пружины. Это может вести к взаимному трению соседних пружин, находящихся в области приложения боковой нагрузки к верхней поверхности матраса, а также снижает удобство пользования матрасом.
Известны пружинные блоки типа «Bonnel», пружины которых соединены вместе в достаточно жесткий каркас горизонтальными связями в виде проволок или витых канатов-пружин (см., например, CN 201041212; A47C 23/04; F16F 1/02; 2008.03.26 или KR 20110135577; A47C 23/04; A47C 27/00; A47C 27/04; 2011.12.19). В этих пружинах средняя зона отделена от крайней зоны плоским витком, по форме близким к прямоугольнику, по диаметру превосходящим иные витки пружины, и ориентированным перпендикулярно оси пружины (при отсутствии нагрузки на пружину и на пружинный блок). В этих решениях типа «Bonnel» исполнение крайних витков средней зоны пружины увеличенного диаметра, плоскими и расположенными перпендикулярно оси пружины технологически необходимо для скрепления пружин в единый пружинный блок. Такое решение пружины при использовании его в пружинном блоке с независимыми пружинами, где каждая пружина помещена в тканевый мешочек, неминуемо приведет к истиранию ткани в точках контакта пружин. Кроме того, при неравномерной нагрузке на пружинный блок типа «Bonnel» указанный плоский виток пружины может наклоняться под воздействием горизонтальных связей, если соседняя пружина испытывает иную нагрузку. В результате происходит искривление оси пружины в средней зоне.
Из известных технических решений наиболее близким к предлагаемой пружине по характеру реакции на боковую нагрузку, приложенную к верхнему краю пружины, является пружина, раскрытая в материалах заявки. JP 2010091058; F16F 1/06; A47C 27/06; F16F 1/02; 2010.04.22. На фиг. 3 материалов заявки №2010091058 изображена пружина, выполненная из проволоки или прутка, содержащая две крайние зоны и среднюю зону, сформированные из винтовых витков, и два плоских крайних витка пружины, сформированных на концах пружины в плоскостях, перпендикулярных оси пружины. Винтовые витки средней зоны выполнены с внешними диаметрами, превышающими как внешний диаметр плоских крайних витков пружины, так и внешний диаметр винтовых витков крайних зон, и навиты с шагом, превышающим шаг навивки винтовых витков крайних зон. Жесткость средней зоны дополнительно повышена путем ее термической обработки. Эта пружина является прототипом предлагаемой пружины. Недостаток прототипа (JP 2010091058), общий с недостатком предыдущего аналога (TWM 412696), выражается в том, что крайние верхняя и нижняя зоны пружины сопряжены со средней зоной непосредственно: все витки пружины, кроме крайних витков, выполнены винтовыми, т.е. с шагом навивки, отличным от нуля (с углом подъема, отличным от нуля). В результате при боковой нагрузке на верхний край пружины в средней зоне пружины возникает изгиб оси пружины, хотя и в меньшей степени, чем в верхней зоне пружины. Кроме того, максимальный диаметр витков средней части пружины превосходит диаметр крайних витков пружины на небольшую величину. В результате при изгибе оси пружины под действием боковой нагрузки возможно выступание крайнего витка в сторону за пределы габарита ненагруженной пружины, что приведет к трению о соседнюю пружину. Кроме того, диаметр винтовых витков в крайних зонах пружины недостаточно мал по сравнению с диаметром винтовых витков средней зоны, что снижает чувствительность крайних зон к боковым нагрузкам, снижает удобство пользователя матраса. Пружина-прототип слишком сложна в производстве, поскольку требует изолированной термической обработки средней зоны.
Задача, на решение которой направлены предлагаемые пружина и пружинный блок, заключается в повышении удобства пользования матрасом, в котором применяется пружинный блок с независимыми пружинами, помещенными в мешочки и закрепленными в удерживающей конструкции вплотную друг к другу, в уменьшении уровня скрипа пружин, в повышении долговечности пружин и пружинного блока. Непосредственная задача, решаемая предлагаемой пружиной, заключается в обеспечении возможности сжатия пружины без выраженного изгиба всей пружины под действием боковой составляющей нагрузки на ее плоский крайний виток. Решение этой задачи ведет к повышению потребительских свойств и срока службы пружинного блока.
Указанная задача решается тем, что в пружине, выполненной из проволоки или прутка, содержащей две крайние зоны с расположенной между ними средней зоной, сформированные из винтовых витков, и два плоских крайних витка пружины, сформированных по одному на каждом конце пружины в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, причем диаметры винтовых витков средней зоны превышают диаметры плоских крайних витков пружины и диаметры винтовых витков крайних зон, дополнительно сформированы два плоских промежуточных витка, расположенных по одному между средней зоной и каждой из крайних зон в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, и выполненных с диаметрами, не превышающими диаметры винтовых витков средней зоны, при этом винтовой виток каждой из крайних зон, смежный с одним из плоских промежуточных витков, выполнен с внешним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр этого плоского промежуточного витка.
В настоящем описании при сравнении диаметров витков без уточнения типа диаметра сравниваются однотипные диаметры (внешний или внутренний, или диаметр геометрического витка, образованного осью проволоки или прутка), если не указано иное; т.е., например, внешний диаметр одного витка сравнивается с внешним диаметром другого витка. В случае равенства диаметров нескольких витков, этот диаметр рассматривается также как максимальный диаметр этих нескольких витков. В настоящем описании винтовым витком называется виток с шагом навивки, отличным от нуля, а плоским витком называется виток с шагом навивки, равным нулю либо пренебрежимо малым по сравнению с шагом навивки винтовых витков.
Предлагаемая пружина, как и ее прототип, характеризуется тем, что она выполнена из проволоки или прутка, содержит две крайние зоны с расположенной между ними средней зоной, сформированные из винтовых витков, и два плоских крайних витка пружины, сформированных по одному на каждом конце пружины в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, причем диаметры винтовых витков средней зоны превышают диаметры плоских крайних витков пружины и диаметры винтовых витков крайних зон.
Предлагаемая пружина в общем случае, т.е. во всех исполнениях, отличается от прототипа тем, что в пружине дополнительно сформированы два плоских промежуточных витка, расположенных по одному между средней зоной и каждой из крайних зон в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, и выполненных с диаметрами, не превышающими диаметры винтовых витков средней зоны, при этом винтовой виток каждой из крайних зон, смежный с одним из плоских промежуточных витков, выполнен с внешним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр этого плоского промежуточного витка.
В частном случае предлагаемая пружина дополнительно отличается от общего случая тем, что шаг навивки винтовых витков, по меньшей мере, одной из крайних зон составляет от одной четвертой части до двух пятых частей шага навивки винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемая пружина дополнительно отличается от общего случая тем, что диаметры плоских крайних витков пружины составляют от двух третьих частей до четырех пятых частей максимального диаметра винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемая пружина дополнительно отличается от общего случая тем, что диаметры винтовых витков крайних зон составляют от двух пятых частей до трех пятых частей максимального диаметра винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемая пружина дополнительно отличается тем, что диаметры плоских крайних витков пружины составляют три четверти максимального диаметра винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемая пружина дополнительно отличается тем, что диаметры винтовых витков, по меньшей мере, одной из крайних зон составляют половину максимального диаметра винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемая пружина дополнительно отличается от общего случая тем, что каждый плоский промежуточный виток выполнен с диаметром меньшим, чем диаметр смежного с ним винтового витка средней зоны, на величину четырех диаметров проволоки или прутка.
Выполнение пружины из проволоки или прутка обеспечивает максимальную простоту изготовления пружины (в сравнении с изготовлением из других видов металлических заготовок). Винтовые витки обеспечивают реализацию назначения пружины: упругую деформацию под действием сжимающей нагрузки. Плоские крайние витки обеспечивают ровность поверхностей пружинного блока и матраса, в котором он используется, в ненагруженном состоянии. Выполнение винтовых витков средней зоны с диаметрами, превышающими диаметры плоских крайних витков пружины и диаметры винтовых витков крайних зон обеспечивает отсутствие трения соседних пружин пружинного блока друг о друга при небольших осевых изгибах пружин в крайних зонах, так как предотвращается выступание плоского крайнего витка либо винтового витка крайней зоны в сторону за пределы габарита ненагруженной пружины. Диаметры и шаг навивки винтовых витков одной крайней зоны могут отличаться от диаметров и шага навивки винтовых витков другой крайней зоны. Диаметр винтового витка, измеряемый как двойной радиус, может изменяться в интервале значений в зависимости от направления радиуса (например, если этот виток расположен между витками с разными диаметрами); в этом случае в качестве диаметра витка можно рассматривать его среднее значение.
Каждый плоский промежуточный виток, сформированный между средней зоной и крайней зоной в плоскости, перпендикулярной оси пружины, служит границей между средней зоной и соответствующей крайней зоной, ослабляет передачу боковой нагрузки с этой крайней зоны пружины на ее среднюю зону. Плоские промежуточные витки способствуют выраженному функциональному разделению зон пружины. Плоские промежуточные витки могут быть выполнены неполными, например, в 3/4 оборота вокруг оси пружины, во избежание трения частей витка друг о друга. Крайние зоны пружины являются сенсорными плавающими зонами, а средняя зона, отделенная от крайних зон плоскими промежуточными витками, является основной зоной сжатия. Плоские витки (два крайних и два промежуточных), сформированные в четырех взаимно параллельных плоскостях, перпендикулярных оси пружины, позволяют сенсорным зонам настраиваться на возникающую нагрузку, практически не оказывая влияния на основную зону сжатия, компенсируя изгибающие составляющие нагрузки, легко адаптируясь к анатомическим особенностям тела, применительно к матрасу. В результате основная зона сжатия работает в благоприятном режиме восприятия осевой нагрузки, что увеличивает устойчивость и срок эксплуатации пружины и пружинного блока в целом. Так как внешние диаметры плоских промежуточных витков не превышают диаметры винтовых витков средней зоны, исключается увеличение трения пружин друг о друга вследствие формирования плоских промежуточных витков. Так как винтовой виток каждой из крайних зон, смежный с одним из плоских промежуточных витков, выполнен с внешним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр этого плоского промежуточного витка, обеспечивается свободное, без трения, движение этих винтовых витков крайних зон в просветах плоских промежуточных витков при деформации крайних зон пружины под действием боковой или осевой нагрузки.
Вышеуказанные признаки пружины и особенности ее поведения в эксплуатации позволяют отказаться от изолированной термической обработки ее средней зоны, в отличие от прототипа.
Шаг навивки винтовых витков, по меньшей мере, одной из крайних зон составляет в частном случае от одной четвертой части до двух пятых частей шага навивки винтовых витков средней зоны, поскольку слишком большой шаг навивки (более 2/5 шага винтовых витков средней зоны) снижает различия в жесткости крайней зоны пружины и жесткости средней зоны пружины, а слишком малый шаг навивки (менее 1/4 шага винтовых витков средней зоны) ведет к чрезмерному повышению чувствительности крайней (сенсорной) зоны пружины к осевой нагрузке, снижает уровень нагрузок, при которых исчерпывается упругая реакция крайней (сенсорной) зоны и включается в работу средняя зона пружины (основная зона сжатия). Выполнение навивки винтовых витков средней зоны с шагом, превышающим шаг навивки винтовых витков крайних зон, обеспечивает низкую жесткость пружины в ее крайних зонах по сравнению с жесткостью в ее средней зоне. Это повышает чувствительность крайних зон пружины к нагрузке, обеспечивает переменный характер реакции пружины и пружинного блока на нагрузку: при небольшой нагрузке пружина сжимается легко, так как нагрузка поглощается сжатием крайних зон, а при нарастании нагрузки в работу включается средняя зона. Благодаря этому исключается излишняя деформация пружины и пружинного блока под действием большой нагрузки, так как сопротивление нагрузке возрастает с включением в работу средней зоны
В другом случае винтовые витки крайней зоны могут быть выполнены с шагом навивки, большим, чем шаг навивки винтовых витков средней зоны, если конструктор мебели решает возложить на крайнюю зону в основном функцию реакции на изгибающую боковую нагрузку, а функцию реакции на умеренные осевые нагрузки (функцию сжатия) возложить на среднюю зону пружины. В этом случае жесткость сенсорных зон выше, чем жесткость средней зоны (основной зоны сжатия), что обеспечивает эффект «двойной поддержки» в матрасе, а некоторая «поверхностная» жесткость пружинного блока и достаточная мягкость в целом создают дополнительный ортопедический эффект.
Плоские крайние витки пружины в частном случае выполнены с диаметром, составляющим от двух третьих частей до четырех пятых частей максимального диаметра винтовых витков средней зоны, поскольку слишком большой диаметр (более 4/5 максимального диаметра винтовых витков средней зоны) может приводить к выступанию под действием боковой нагрузки плоского крайнего витка за габарит ненагруженной пружины и к трению о соседнюю пружину пружинного блока, а слишком малый диаметр (менее 1/4 максимального диаметра винтовых витков средней зоны) приводит к чрезмерному дроблению подпружиненной опорной поверхности пружинного блока и к ощущению пользователем бугристости поверхности матраса.
Винтовые витки крайних зон в частном случае выполнены с диаметрами, составляющим от двух пятых частей до трех пятых частей максимального диаметра винтовых витков средней зоны, поскольку слишком большой диаметр (более 3/5 диаметра винтовых витков средней зоны) может приводить к снижению жесткости крайней зоны пружины (при условии достаточно малого шага навивки винтовых витков крайней зоны), в результате чего крайняя (сенсорная) зона сможет работать только при самых незначительных осевых нагрузках (при больших осевых нагрузках она складывается виток к витку и «прячется» в просвет плоского промежуточного витка), а слишком малый диаметр (менее 2/5 диаметра винтовых витков средней зоны) снижает стойкость пружины к изгибу в ее крайних зонах, приводит к их чрезмерному изгибу даже при небольшой боковой нагрузке.
В частном случае выполнение плоских крайних витков пружины с диаметром, составляющим три четвертых части максимального диаметра винтовых витков средней зоны, является оптимальным, что было установлено экспериментально. Увеличение этого размера снижает порог боковых нагрузок, при которых изгиб крайней зоны пружины приводит к выступанию плоского крайнего витка за габарит, который имеет пружина в ненагруженном состоянии. Уменьшение этого размера приводит к увеличению неравномерности воздействия пружин на оболочки пружинного блока и матраса (островковая структура воздействия) и к снижению комфорта пользователя.
В частном случае выполнение винтовых витков, по меньшей мере, одной из крайних зон с диаметром, составляющим половину максимального диаметра винтовых витков средней зоны, обеспечивает оптимальное сочетание осевых гибкостей средней и крайних зон пружины (для обычных значений высоты и поперечного габарита пружин пружинных блоков матрасов и мягкой мебели).
В частном случае выполнение каждого плоского промежуточного витка с диаметром меньшим, чем диаметр смежного с ним винтового витка средней зоны, на величину четырех диаметров проволоки или прутка, позволяет плоским промежуточным виткам свободно, без трения заходить в просвет винтовых витков средней зоны под действием высокой нагрузки и при этом успешно выполнять функции границ между средней и крайними зонами пружины, так как диаметры плоских промежуточных витков достаточно велики.
Старейшим аналогом предлагаемого пружинного блока является пружинный блок обыкновенного матраса с независимыми пружинами конструкции Маршалла (US 685160; F16F 1/04; 1901.10.22). Пружинный блок включает удерживающую конструкцию с мешочками (также их можно назвать карманами, гнездами, чехлами и т.п.) и помещенные в мешочки и закрепленные в удерживающей конструкции пружины. Этому пружинному блоку присущи недостатки всех вышерассмотренных аналогов предлагаемых технических решений. Эти недостатки обусловлены конструкциями пружин, которые в условиях приложения боковой нагрузки подвергаются осевому изгибу и трению друг о друга. Ближайшим аналогом предлагаемого пружинного блока можно считать пружинный блок конструкции Маршалла (US 685160), по меньшей мере, одна пружина которого выполнена из проволоки или прутка, содержит две крайние зоны с расположенной между ними средней зоной, сформированные из винтовых витков, и два плоских крайних витка пружины, сформированных по одному на каждом конце пружины в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, причем диаметры винтовых витков средней зоны превышают диаметры плоских крайних витков пружины и диаметры винтовых витков крайних зон (например, эта пружина может быть выполнена в соответствии с техническим решением, раскрытым на фиг. 3 материалов вышеупомянутой заявки JP 2010091058). Недостатки такого пружинного блока выражаются в высоком уровне трения пружин друг о друга под воздействием боковых нагрузок, сопровождающегося высоким уровнем скрипа блока пружин и ускоренным износом, а также в низком уровне комфорта пользователя матраса. Недостатки обусловлены тем, что известная пружина испытывает под боковой нагрузкой осевой изгиб по всей длине ее оси. Например, крайние верхняя и нижняя зоны известной пружины, выполненной в соответствии с техническим решением JP 2010091058, сопряжены со средней зоной непосредственно. В результате при боковой нагрузке на верхний край пружины в средней зоне пружины возникает изгиб оси пружины, хотя и в меньшей степени, чем в верхней зоне пружины. В результате при изгибе оси пружины под действием боковой нагрузки возможно трение о соседнюю пружину. Кроме того, диаметр винтовых витков в крайних (мягких, не обработанных термически) зонах пружины недостаточно мал по сравнению с диаметром смежных с ними винтовых витков средней (жесткой, термически обработанной) зоны. В результате под нагрузкой верхняя крайняя зона «садится» на среднюю зону, возникает трение смежных витков разных зон друг о друга, что выражается в скрипе пружины, снижает удобство пользования матрасом.
Вышеуказанная задача предлагаемых полезных моделей решается тем, что, по меньшей мере, одна из пружин пружинного блока, включающего удерживающую конструкцию с мешочками и с помещенными в указанные мешочки пружинами, выполнена из проволоки или прутка, содержит две крайние зоны с расположенной между ними средней зоной, сформированные из винтовых витков, и два плоских крайних витка пружины, сформированных по одному на каждом конце пружины в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, причем диаметры винтовых витков средней зоны превышают диаметры плоских крайних витков пружины и диаметры винтовых витков крайних зон, при этом в указанной пружине дополнительно сформированы два плоских промежуточных витка, расположенных по одному между средней зоной и каждой из крайних зон в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, и выполненных с диаметрами, не превышающими диаметры винтовых витков средней зоны, при этом винтовой виток каждой из крайних зон, смежный с одним из плоских промежуточных витков, выполнен с внешним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр этого плоского промежуточного витка.
Другими словами, задача решается тем, что в качестве, по меньшей мере, одной из пружин пружинного блока, включающего удерживающую конструкцию с мешочками и с помещенными в указанные мешочки пружинами, использована пружина, предлагаемая в настоящей заявке.
«Мешочки» в настоящей заявке - это обобщающее название, охватывающее также «карманы», «футляры», «оболочки», «отделения» и т.п. термины.
Предлагаемый пружинный блок, так же как и его ближайший аналог, включает удерживающую конструкцию с мешочками и с помещенными в указанные мешочки пружинами, по меньшей мере, одна из которых выполнена из проволоки или прутка, содержит две крайние зоны с расположенной между ними средней зоной, сформированные из винтовых витков, и два плоских крайних витка пружины, сформированных по одному на каждом конце пружины в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, причем диаметры винтовых витков средней зоны превышают диаметры плоских крайних витков пружины и диаметры винтовых витков крайних зон.
Предлагаемый пружинный блок в общем случае исполнения отличается от ближайшего аналога тем, что в указанной пружине дополнительно сформированы два плоских промежуточных витка, расположенных по одному между средней зоной и каждой из крайних зон в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, и выполненных с диаметрами, не превышающими диаметры винтовых витков средней зоны, при этом винтовой виток каждой из крайних зон, смежный с одним из плоских промежуточных витков, выполнен с внешним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр этого плоского промежуточного витка.
В частном случае предлагаемый пружинный блок дополнительно отличается тем, что каждая его пружина выполнена из проволоки или прутка, содержит две крайние зоны с расположенной между ними средней зоной, сформированные из винтовых витков, и два плоских крайних витка пружины, сформированных по одному на каждом конце пружины в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, причем диаметры винтовых витков средней зоны превышают диаметры плоских крайних витков пружины и диаметры винтовых витков крайних зон, в каждой пружине сформированы два плоских промежуточных витка, расположенных по одному между средней зоной и каждой из крайних зон в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, и выполненных с диаметрами, не превышающими диаметры винтовых витков средней зоны, при этом винтовой виток каждой из крайних зон, смежный с одним из плоских промежуточных витков, выполнен с внешним диаметром меньшим, чем внутренний диаметр этого плоского промежуточного витка (другими словами, в качестве каждой пружины пружинного блока использована предлагаемая пружина).
В частном случае предлагаемый пружинный блок дополнительно отличается тем, что шаг навивки винтовых витков, по меньшей мере, одной из крайних зон составляет от одной четвертой части до двух пятых частей шага навивки винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемый пружинный блок дополнительно отличается тем, что диаметры плоских крайних витков пружины составляют от двух третьих частей до четырех пятых частей максимального диаметра винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемый пружинный блок дополнительно отличается тем, что диаметры винтовых витков крайних зон составляют от двух пятых частей до трех пятых частей максимального диаметра винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемый пружинный блок дополнительно отличается тем, что диаметры плоских крайних витков пружины составляют три четверти максимального диаметра винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемый пружинный блок дополнительно отличается тем, что диаметры винтовых витков, по меньшей мере, одной из крайних зон составляют половину максимального диаметра винтовых витков средней зоны.
В частном случае предлагаемый пружинный блок дополнительно отличается тем, что все его пружины выполнены одинаковыми.
Использование в качестве, по меньшей мере, одной из пружин пружинного блока, включающего удерживающую конструкцию с мешочками и с помещенными в указанные мешочки пружинами, по меньшей мере, одна из которых выполнена из проволоки или прутка, содержит две крайние зоны с расположенной между ними средней зоной, сформированные из винтовых витков, и два плоских крайних витка пружины, сформированных по одному на каждом конце пружины в плоскостях, перпендикулярных оси пружины, причем диаметры винтовых витков средней зоны превышают диаметры плоских крайних витков пружины и диаметры винтовых витков крайних зон, пружины, предлагаемой в настоящей заявке, позволяет уменьшить уровень скрипа и скорость износа пружинного блока, поскольку этим предотвращается такой изгиб указанной, по меньшей мере, одной пружины под действием боковой нагрузки, который сопровождается ее трением о соседнюю пружину. Пружинный блок в общем случае может содержать известные пружины наряду с предлагаемыми пружинами. Такой пружинный блок может обладать разными потребительскими характеристиками в разных своих участках. Такой пружинный блок может найти применение, например, при изготовлении двухместных матрасов.
Использование в частном случае в качестве каждой из пружин предлагаемого пружинного блока пружины, предлагаемой в настоящей заявке, позволяет снизить уровень скрипа и скорость износа пружинного блока под действием боковой нагрузки до минимального уровня.
В частном случае предлагаемого пружинного блока выполнение навивки винтовых витков, по меньшей мере, одной из крайних зон с шагом, составляющим от одной четвертой части до двух пятых частей шага навивки винтовых витков средней зоны, позволяет сосредоточить реакцию на незначительные вертикальные нагрузки в крайней зоне пружины и, соответственно, в приповерхностном слое того участка пружинного блока, в котором размещены предлагаемые пружины. Слишком большой шаг навивки (более 2/5 шага винтовых витков средней зоны) снижает различия в жесткости крайней зоны пружины и жесткости средней зоны пружины, а слишком малый шаг навивки (менее 1/4 шага винтовых витков средней зоны) ведет к чрезмерному повышению чувствительности крайней (сенсорной) зоны пружины к осевой нагрузке, снижает уровень нагрузок, при которых исчерпывается упругая реакция крайней (сенсорной) зоны и включается в работу средняя зона пружины (основная зона сжатия).
В другом случае винтовые витки крайней зоны могут быть выполнены с шагом навивки большим, чем шаг навивки винтовых витков средней зоны, если конструктор мебели решает возложить на приповерхностный слой матраса в основном функцию реакции на изгибающую боковую нагрузку, а функцию реакции на умеренные осевые нагрузки (функцию сжатия) возложить на средний слой матраса.
В частном случае предлагаемого пружинного блока выполнение плоских крайних витков пружины с диаметром, составляющим от двух третьих частей до четырех пятых частей максимального диаметра винтовых витков средней зоны, является оптимальным, что было установлено экспериментально. Увеличение диаметра сверх этого интервала снижает порог боковых нагрузок, при которых изгиб крайней зоны пружины приводит к выступанию плоского крайнего витка за габарит, который имеет пружина в ненагруженном состоянии. Уменьшение диаметра ниже этого интервала приводит к увеличению неравномерности воздействия пружин на оболочки пружинного блока и матраса (островковая структура воздействия) и к снижению комфорта пользователя.
В частном случае предлагаемого пружинного блока выполнение винтовых витков крайних зон с диаметром, составляющим от двух пятых частей до трех пятых частей максимального диаметра винтовых витков средней зоны обеспечивает оптимальный баланс сопротивления крайних зон к боковой нагрузке и возможности частичного «вхождения» крайней зоны в просвет средней зоны под действием осевой или боковой нагрузки.
В частном случае предлагаемого пружинного блока выполнение плоских крайних витков пружины с диаметром, составляющим от двух третьих частей до четырех пятых частей максимального диаметра винтовых витков средней зоны предотвращает выступание под действием боковой нагрузки плоского крайнего витка за габарит ненагруженной пружины и его трение о соседнюю пружину пружинного блока, при этом не приводя к чрезмерному дроблению подпружиненной опорной поверхности пружинного блока и к ощущению пользователем бугристости поверхности матраса.
В частном случае предлагаемого пружинного блока выполнение винтовых витков, по меньшей мере, одной из крайних зон с диаметром, составляющим половину максимального диаметра винтовых витков средней зоны, обеспечивает оптимальное соотношение осевых гибкостей средней и крайних зон пружины (для типичных значений высоты и поперечного габарита пружин пружинных блоков матрасов и мягкой мебели) и повышает удобство пользования матрасом, оснащенным предлагаемым пружинным блоком.
В частном случае предлагаемого пружинного блока выполнение всех его пружин одинаковыми упрощает изготовление пружинного блока (в сравнении с изготовлением пружинного блока, содержащего разные пружины, например, отличающиеся по диаметру винтовых витков средней зоны или по диаметру плоских крайних витков, или по диаметру проволоки и т.д.). Также обеспечивается равномерность упругих свойств пружинного блока во всех его частях.
Конструкция предлагаемых пружины и пружинного блока в примерах исполнения, а также принцип их работы при эксплуатации поясняются следующими схематичными рисунками.
Фиг. 1. Предлагаемая пружина в положении вертикальной ориентации ее оси.
Фиг. 2. Пружинный блок, содержащий предлагаемые пружины и известные пружины.
Представленные примеры исполнения с конкретными размерами пружины и пружинного блока не ограничивают объем предложенных технических решений и не исключают иных исполнений с иными размерами.
Пружина 1 высотой H, равной 180 мм, изготовлена на технологическом оборудовании из высокоуглеродистой стальной проволоки 2 с последующей нормализацией в горизонтальном положении. Используемый диаметр d проволоки составляет 1,8 мм (предпочтительный интервал 1,6 мм÷2,2 мм). Средняя зона 3, т.е. основная зона сжатия пружины, высотой H1, равной 100 мм, выполнена из винтовых витков 4, 5 с внешним диаметром каждого из них D, составляющим 65 мм, навитых с шагом h1, составляющим 66,7 мм. Диаметр D в настоящем примере является максимальным диаметром винтовых витков средней зоны пружины. Витки 4, 5 могут быть неполными, т.е. могут иметь менее одного оборота на один виток вокруг оси O пружины, в данном примере 3/4 оборота. На фиг. 1 витки 4, 5 средней зоны суммарно составляют полтора оборота проволоки 2 вокруг оси O. Верхняя крайняя зона 6 и нижняя крайняя зона 7, т.е. сенсорные зоны пружины, с высотами H2 и H3, равными каждая 40 мм, выполнены из винтовых витков 8, 9, 10, 11 с одинаковыми внешними диаметрами D3, составляющими 40 мм, навитых с одинаковыми шагами навивки h2, h3, равными 20 мм. Плоские крайние витки 12, 13 образованы соответственно верхним и нижним концами пружины, закрученными в плоскости, перпендикулярной ее оси O, с одинаковыми внешними диаметрами D2, составляющими 55 мм. Плоские промежуточные витки 14, 15 выполнены параллельно плоскостям плоских крайних витков 12, 13 пружины. При этом внешний диаметр D1 плоских промежуточных витков составляет 60 мм. Внутренний диаметр витка получается из его внешнего диаметра вычетом двух диаметров d проволоки. Внутренний диаметр D4 витков 4, 5 составляет 61,4 мм. Внутренний диаметр витков 14, 15 составляет 56,4 мм. Различие диаметров витков пружины позволяет обеспечить ее полное сложение «виток в виток» и исключить контакт витков при сжатии и, следовательно, исключить скрип пружинного блока и износ мешочков пружин. Витки 5 и 8 являются смежными с витком 14. витки 4 и 11 являются смежными с витком 15.
Формирование четко выраженного плоско-параллельного расположения плоских витков 12, 13, 14, 15 на границах всех трех зон пружины позволяет исключить взаимное влияние разных зон пружины друг на друга, условно разделяя одну пружину 1 на три независимые «пружины» (3, 6, 7), каждая из которых сопряжена с соседней посредством общего плоского витка 14 или 15. Различие диаметров витков основной зоны сжатия 3 и плавающих сенсорных зон 6, 7 позволяет расчетным или опытным путем определить необходимое их количество для оптимальной настройки (жесткости) пружинного блока 16 матраса.
На фиг. 2 для сравнения поведения под нагрузкой известных пружин 17 и предлагаемых пружин 1 схематически показан в разрезе фрагмент предлагаемого пружинного блока 16, содержащего известные пружины и предлагаемые пружины. Одна из пружин 1 показана в двух положениях: в свободном положении (тонкой линией) и в нагруженном положении. Известные пружины 17 под действием боковой нагрузки испытывают осевой изгиб на всем протяжении между своими плоскими крайними витками 18, 19. Это приводит к трению соседних пружин 17 (см. выделенную область A на фиг. 2).
При восприятии произвольной нагрузки «сенсорная пружина» (сенсорная зона 6 пружины 1), незначительно сжимаясь и отклоняясь от вертикальной оси (см. фиг. 2), входит своим винтовым витком 8 в «основную пружину» (в основную зону сжатия 3 пружины 1) за счет значительной разности диаметров, изменяя составляющий вектор радиальной (боковой) нагрузки на вертикальный. В результате при нарастании боковой нагрузки на верхнюю сенсорную зону 6 ось O в основной зоне сжатия 3 пружины 1 сохраняет вертикальность (в отличие от пружины 17 и от всех прочих аналогов), что благоприятно сказывается на долговечности пружинного блока в целом. В результате различия жесткостей поверхностных слоев и среднего слоя пружинного блока по отношению к осевым и боковым нагрузкам, при достаточной мягкости блока в целом, создается дополнительный ортопедический эффект для пользователя матраса.
Предлагаемая пружина используется в производстве и ремонте пружинных блоков, в том числе предлагаемых пружинных блоков.
Используются предлагаемые пружина и пружинный блок следующим образом.
Пружинный блок используется при изготовлении матрасов для образования основы матраса. Пружины предварительно помещаются в мешочки, закрепляются вплотную друг к другу и устанавливаются в удерживающую конструкцию с обивкой, например, из декоративной ткани. Матрас выдерживает необходимые вертикальные нагрузки, что достигается соответствующим расчетом толщины, числа витков и материала пружин (например, той или иной маркой стальной проволоки, маркой катаного прута).
При рассмотрении объемной модели пружинного блока в реальных условиях эксплуатации матраса очевидно, что приложение вертикальной осевой нагрузки на отдельные пружины сопровождается нагрузкой, отклоняющейся от вертикальной оси и действующей на ряд соседних пружин. Верхняя сенсорная зона пружин воспринимает нагрузки, отличные от вертикальных, адаптируясь к анатомическим особенностям тела, изменяя вектор приложения нагрузки к основной зоне сжатия на вертикальный, что снижает возможность деформации пружины в горизонтальном направлении. При этом, упругость основной зоны сжатия и точная настройка сенсорной зоны на отклонение направления нагрузки создают ортопедический эффект обтекания и мягкого контакта тела с поверхностью матраса. Предполагается, что предлагаемый пружинный блок предназначен к использованию в двухсторонних матрасах. При этом возможно придание противоположным поверхностям матраса различных характеристик жесткости путем выполнения противоположных крайних зон предлагаемой пружины с различными параметрами (такими как диаметр витка, шаг навивки, количество витков в каждой из крайних зон).
Порядок расположения пружин в пружинном блоке - прямоугольная решетка (прямоугольный порядок) или косая решетка (шахматный порядок).
Следующая таблица содержит примерные габаритные характеристики предлагаемых пружинных блоков с прямоугольным порядком расположения пружин.
Таблица
Размер блока, см×см
Размер матраса, см×см
Количество пружин
60×185
80×200
10×27
70×185
90×200
11×27
100×185
120×200
16×27
120×185
140×200
19×27
140×185
160×200
22×27
160×185
180x200
25×27
Предлагаемые пружину и пружинный блок можно изготавливать из обычных материалов, применяемых в производстве пружин и пружинных матрасов, по известным технологиям на существующих предприятиях.