PROCEDIMIENTO Y DISPOSITIVO PARA LA FABRICACIÓN DEL MISMO

D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un muelle para amortiguación direccionable, presentando la particularidad de ser un muelle provisto de una especial configuración de sus espiras, de manera que en la compresión del muelle ante una fuerza incidente, proporciona una respuesta que no es únicamente en sentido opuesto a la incidente, sino que la fuerza de reacción se descompone en una opuesta y otra perpendicular a la incidente, de manera que al comprimir el muelle existirá un desplazamiento en sentido transversal a la fuerza de compresión, con lo que se consigue una amortiguación direccionable. La invención se refiere también al procedimiento de fabricación de dicho muelle para amortiguación direccionable, así como al dispositivo para la ejecución del propio procedimiento.

El objeto de la invención es conseguir que cuerpos tales como colchones, almohadas, cojines, asientos y similares, en los que es aplicable el tipo de muelle de la invención, ofrezcan una amortiguación direccionable que de lugar a un suave estiramiento de la persona que se tumba sobre el propio colchón o que apoya su cuerpo o espalda sobre el respaldo de un asiento, al generarse en dicha amortiguación, una descomposición de las fuerzas en una de sentido contrario a la fuerza incidente y otra en sentido transversal, que proporciona un mayor confort y un suave estiramiento en la zona deseada, además de una reducción de los puntos de presión y mejor distribución del peso.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Como es sabido, la amortiguación que proporciona un cuerpo, y que puede corresponder a un colchón, a un asiento, un cojín, una almohada, etc., se efectúa por presión y sin desvío, con lo que el efecto de amortiguación es limitado y dependerá lógicamente de la densidad del cuerpo correspondiente. No obstante, en la Patente de Invención número 200801948, se describe un cuerpo con sistema de amortiguación direccionable basado en que independientemente del material y mayor o menor densidad en que esté constituido el cuerpo, el mismo está afectado de una serie de huecos o alojamientos con disposición inclinada, con unas u otras configuraciones, de manera que aplicado, por ejemplo, a un colchón, a una almohada, o a cualquier zona de un elemento de descanso, se consigue una amortiguación direccionable.

Igualmente, en la Patente 200801947, se describe un sistema de amortiguación direccionable, basado en este caso en que el cuerpo, que puede constituir un asiento, un colchón, etc., presenta dos partes diferenciables y dotadas de entrantes y salientes que se interrelacionan alternativamente, con densidades distintas, y con una disposición inclinada, permitiendo desviar la trayectoria de la fuerza que se aplica cuando el usuario descansa sobre el cuerpo, ya sea un colchón, un asiento, etc, para conseguir con ello un óptimo efecto de amortiguación.

El problema que presentan estas soluciones es que, en el primer caso señalado, el cuerpo constitutivo del sistema de amortiguación debe estar dotado de unos alojamientos inclinados, por lo que es necesario recurrir a costosas técnicas especializadas de fabricación para poder llevar a cabo la realización de esos alojamientos o huecos, y en el segundo caso, el cuerpo deberá estar constituido por dos elementos, con zonas de distinta densidad que se interrelacionan alternativamente entre si, combinando inclinaciones y secciones adecuadas de una parte con respecto a las de la otra, lo que también se complica su fabricación, resultando una solución compleja de ejecución.

Además, el presente sistema basado en muelles proporciona una durabilidad muy superior a los precitados sistemas, basados en el empleo de materiales de una vida útil inferior.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El muelle para amortiguación direccionable que se preconiza ha sido concebido para resolver la problemática anteriormente expuesta, basándose en que cuando se trate, por ejemplo, de un colchón o incluso de un asiento, los clásicos y convencionales muelles que incluyen este tipo de objetos, en lugar de ser muelles convencionales, serán muelles provistos de una especial configuración de sus espiras, que podrán presentar un tramo o brazo de menor longitud que el otro tramo o brazo de la misma espira, y en los cuales los ángulos que forman los brazos de las espiras con el plano horizontal de referencia serán variables, de manera que en un colchón, asiento o similar, bastará con situar muelles con estas espiras modificadas en lugar de situar muelles de espiras tradicionales, con lo que el costo económico es mínimo, puesto que no requiere ninguna característica especial el cuerpo en el que se aplique, sino únicamente situar uno u otro tipo de muelle, como se ha dicho con anterioridad.

Las espiras del muelle de la invención han sido adecuadamente modificadas en su configuración de manera que la forma que éstas tendrán en una vista de perfil será parecida a una "Z", frente a una configuración más similar a una "S" en los muelles convencionales, de manera que al comprimir el muelle existirá un desplazamiento y una fuerza en sentido transversal a la fuerza de compresión, permaneciendo fija la espira inferior, es decir la del extremo opuesto al que se ejerce la presión sobre el mismo, mientras que la espira superior, es decir sobre la que se ejerce la presión, se irá desplazando en sentido transversal hasta su posición final.

El desplazamiento de las espiras en sentido transversal dependerá de la disposición del punto intermedio y asimétrico, que queda a un lado o a otro de la espira completa, de manera que si queda a un lado el desplazamiento será en un sentido, y si queda al lado opuesto el desplazamiento será en sentido contrario, con lo que disponiendo muelles con un tipo u otro de desplazamiento se producirán amortiguaciones diferentes en, por ejemplo, un colchón, con las consiguientes ventajas que de ello se derivan.

Evidentemente, el muelle puede estar constituido en cualquier tipo de material apropiado, preferentemente será alámbrico, pero sin descartar otros materiales, pudiendo tener una u otra configuración, ser muelle cilindrico, cónico, bicónico, ensacado, etc., y presentar un número de espiras variable, así como ser también variable el grosor y diámetro de las espiras, grados de inclinación de los brazos o tramos, siempre de acuerdo con la rigidez, flexibilidad, fuerza, amortiguación y desplazamiento que se pretendan. Cabe destacar igualmente el hecho de que las espiras en un mismo muelle pueden ser todas ellas iguales o incluso ser diferentes, de manera que en cualquier caso cuando se aplica una fuerza sobre el muelle se consigue amortiguar y desviar la trayectoria de la fuerza. En la aplicación de un colchón de muelles según la invención, podrá haber conjuntos de muelles que generen una fuerza y desplazamiento hacia un lado y conjuntos que lo generen hacia el contrario, como se decía con anterioridad, siempre con el objetivo de conseguir el efecto deseado, que en el caso de un colchón uno de los objetivos es obtener un suave estiramiento del cuerpo del usuario, ya que se genera una suave tracción que favorece la descompresión vertebral durante el tiempo de descanso.

Opcionalmente, la estructuración descrita podría complementarse con sectores en los que se estableciesen muelles convencionales u otros elementos o materiales amortiguadores igualmente convencionales (espumas, etc.). En definitiva, en función del objetivo que se persiga, se podrán hacer combinaciones diferentes de muelles modificados según el objeto de la presente invención o convencionales, o combinaciones de ambos, en cualquier parte del colchón o asiento, jugándose a su vez con zonas no provistas de muelles sino simplemente zonas macizas de cualquier material apto para soportar los esfuerzos, tales como espumas, látex, etc.

En el caso de aplicarse a un asiento, en la zona de la espalda se generará un suave estiramiento en sentido ascendente, y en la zona de la base de asiento se conseguirá un ajuste del cuerpo del usuario hacia el respaldo.

La invención se refiere también al procedimiento de fabricación del muelle descrito con anterioridad, partiendo de un muelle de alambre fabricado según cualquiera de las técnicas actualmente conocidas en el Estado de la Técnica cuyas espiras, vistas en perfil, presentan una configuración similar a una "S", tal y como ocurre en los muelles convencionales y cuyo muelle puede tener cualquier configuración, ya sea cilindrica, cónica, bicónica, etc., y presentar un número de espiras variable.

Concretamente, mediante el el dispositivo y procedimiento desarrollados, se modifica la forma de las espiras de este muelle convencional, hasta conseguir que la forma que éstas tendrán en una vista de perfil sea parecida a una "Z", de manera que al comprimir el muelle existirá un desplazamiento y una fuerza en sentido transversal a la fuerza de compresión.

El procedimiento para llevar a cabo la modificación de la forma de las espiras comprende las siguientes fases operativas:

- Posicionamiento del muelle en el dispositivo de fabricación y sujeción de las espiras superior e inferior del mismo, es decir de las espiras extremas.

- Empuje sobre uno de los laterales de las espiras, pudiendo las espiras intercaladas con las anteriores y del otro lateral ser empujadas en sentido contrario o bien quedar haciendo tope contra elementos fijos e inamovibles para llevar a cabo la deformación.

- Tratamiento térmico del conjunto del muelle (templado) para lograr la permanencia definitiva de la nueva configuración de éste. Este tratamiento térmico puede realizarse una vez conseguida mediante los empujes referidos la deformación de las espiras, para conseguir la forma en "Z" deseada, o bien, cuando las características del alambre así lo aconsejen, puede realizarse con carácter previo al empuje. Esta segunda opción es especialmente recomendable cuando los alambres son más rígidos y por tanto los esfuerzos de empuje deberían ser muy elevados. Al hacerse un tratamiento térmico previo, se reducen dichos esfuerzos sobre el muelle, facilitándose la deformación del mismo y se garantiza que las propiedades físicas del muelle no se vean afectadas.

Los medios utilizados para la ejecución de dicho procedimiento, es decir el dispositivo que forma también parte de la invención, se basa en utilizar unos medios que pueden estar constituidos por dos o más mordazas para la fijación e inmovilización de las espiras superior e inferior del muelle, así como uno o más elementos de empuje formados, por ejemplo, por cilindros situados en uno de los laterales del muelle, y uno o más elementos de empuje o cilindros situados en el lateral opuesto o bien elementos de tope para las espiras que concurren en ese lateral, de manera tal que los elementos de empuje efectuarán esfuerzos de empuje en zonas concretas de las espiras del muelle para conseguir el cambio de forma deseado de las mismas, para lo que los cilindros constitutivos de los elementos de empuje contarán con empuj adores previstos al efecto, pudiendo éstos actuar en direcciones diferentes para empujar zonas concretas de las espiras en una dirección u otra y conseguir el cambio de forma deseado.

El accionamiento del dispositivo se realiza en la fase de tratamiento térmico del muelle, actuando previamente, posteriormente o justo en el instante en que se aplica el tratamiento térmico, por lo que cuando el muelle está correctamente posicionado y sujetas las espiras extremas, se efectúan los empujes en zonas concretas de las espiras del muelle, de forma que con la ayuda del tratamiento térmico a que se somete el muelle, se conseguirá transformar la forma definitiva del muelle de espiras en "S" original al muelle de espiras en "Z".

Por último decir, que el muelle se complementará con un brazo de sujeción para llevar a cabo su desplazamiento de una fase a otra, con la particularidad de que ese elemento o brazo estará aislado de la corriente eléctrica.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: La figura 1.- Muestra una representación de un muelle para amortiguación direccionable realizado de acuerdo con el objeto de la invención, en situación de reposo, viéndose como las espiras definen configuraciones similares a una "Z". La figura 2.- Muestra una vista del muelle de la figura anterior en situación comprimida, dejando ver el desplazamiento transversal hacia un lado que sufren las espiras del propio muelle.

La figura 3.- Muestra una aplicación práctica del muelle de la invención en un colchón, en situación de compresión de los muelles, con desplazamiento de las espiras hacia un lado u otro, y con una zona central provista de muelles convencionales.

La figura 4.- Muestra otra aplicación práctica del muelle de la invención, en este caso sobre un sillón, ocupado por un usuario que al presionar en su descanso sobre el asiento y respaldo, produce la compresión de los muelles y correspondiente desplazamiento transversal de las espiras.

La figura 5.- Muestra una serie de vistas correspondientes a un análisis cinemático de una espira convencional tipo "S".

La figura 6.- Muestra una serie de vistas similares a las de la figura 5, pero correspondientes a una espira tipo "Z".

La figura 7.- Muestra algunas de las diversas configuraciones de espiras posibles de tipo "Z" y el signo de sus desplazamientos.

La figura 8.- Muestra el análisis cinemático comparativo de tres muelles completos a base de espiras tipo "S" representados superiormente, frente a otros tres de espiras tipo "Z", representados inferiormente, en diferentes configuraciones cilindrico, cónico o bicónico.

La figura 9.- Muestra una vista en perspectiva del dispositivo utilizado en la deformación de un muelle de espiras en "S" para obtener un muelle modificado de espiras en "Z", y que corresponde al muelle para amortiguación direccionable que se pretende conseguir.

La figura 10.- Muestra una vista en perspectiva del mismo conjunto representado en la figura anterior, en la fase de accionamiento del dispositivo.

REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

Antes de pasar a realizar la descripción de la forma de realización referida, conviene aclarar que en una espira convencional tipo "S", cuando es comprimida verticalmente, se produce únicamente un desplazamiento en sentido vertical, ocurriendo lo mismo en un muelle con varias espiras.

De forma más concreta, y tal y como se puede observar en la figura 5, en una espira convencional tipo "S"las distancias UO y DO son iguales, y los puntos U y D están siempre en la misma vertical durante la compresión de la espira, no produciéndose desplazamiento horizontal.

Ahora bien, una espira en "Z" en donde los brazos son desiguales, cuando se produce una compresión sobre la espira, se produce un desplazamiento horizontal, además del lógico desplazamiento vertical, de manera que ese desplazamiento podrá realizarse a un lado u otro dependiendo de la orientación de la espira, ocurriendo lo mismo cuando se trate de un muelle con varias espiras.

De forma más concreta, de acuerdo con el ejemplo mostrado en la figura 6, en el caso de una espira en "Z", la geometría de la espira no es simétrica, siendo uno de sus brazos más corto que el otro. Este hecho fuerza a que la espira, una vez comprimida, presente un desplazamiento horizontal neto entre los puntos U y D dado por: δ = ± Φ |(1/ cos(9u) - 1/ cos(9 _D ))| siendo θυ y 9 _D los ángulos que forma con el plano horizontal cada brazo de la espira en reposo y Φ el diámetro de la circunferencia proyectada de la espira, tal como muestran las figuras 5A y 6A.

El signo en la ecuación anterior es función de la orientación de la espira.

De forma convencional podemos tomar la configuración mostrada en la figura 6 como positiva: el punto superior de la espira se desplaza hacia la derecha del punto inferior. En la figura 7 se muestran las diversas configuraciones de espiras posibles y el signo de sus desplazamientos. En este caso se muestra el comportamiento ante una compresión desde ambos lados de la espira, dejando fijo el plano de referencia horizontal sobre el que se posiciona el punto O. Obsérvese que en la dirección del desplazamiento sólo influye la disposición del triángulo UOD y no el sentido de rotación de la espira. Es importante significar que los extremos de la espira representados en la figura por las letras U y D, no tienen por qué estar necesariamente a lados diferentes del plano de referencia horizontal establecido por el punto O. Sería exactamente válida e igual una configuración de las espiras estando los puntos U y D ambos por encima o por debajo del plano de referencia horizontal establecido por el punto O.

En el caso del muelle completo, y como consecuencia de lo expuesto anteriormente la utilización de espiras "Z" producirá un desplazamiento horizontal entre el extremo superior e inferior del muelle cuyo valor máximo puede deducirse de la ecuación anterior.

La consideración de un muelle cilindrico, cónico o bicó ^' nico, como los que muestra la figura 8, no cambia lo expresado anteriormente, como se deduce de dicha figura, si bien los valores del desplazamiento horizontal serán función de la geometría y número de espiras "Z".

De forma más concreta, si Φί es el diámetro ( en proyección ) de cada espira "i" , y 6UÍ y 0 _D ¡ los ángulos que forma dicha espira "i" con la horizontal, el desplazamiento total máximo será igual a :

Δ =∑ ai Oi |(1/ COS(0UÍ) - 1/ cos(8 _D ¡))|

Estando el sumatorio extendido a todas las espiras "Z". El parámetro a¡ tiene el valor ±1 en función de la geometría de la espira "Z" según lo mostrado en dicha figura 7.

Pues bien, teniendo presente lo anteriormente expuesto, el muelle de la invención, referenciado en general con el número (1), presenta una pluralidad de espiras (2) modificadas al haberse actuado sobre los ángulos y θυ y 8 _D que forman con el plano horizontal cada brazo de la espira en reposo, dotándola por tanto de lo que hemos denominado como una especial configuración en "Z", y cuyas espiras (2) están comprendidas entre una considerada espira superior (3) y una considerada espira inferior (4), como se representa claramente en las figuras 1 y 2.

Esa configuración especial de las espiras (2) da lugar a que cuando se produce una fuerza de compresión sobre el muelle (1), las espiras (2) y por lo tanto la espira superior (3), sufren un desplazamiento transversal hacia uno de los lados, tal y como se representa claramente en la figura 2. Es decir durante la compresión, la espira inferior (4) de las figuras 1 y 2 se mantiene fija, mientras que la espira superior (3) y sus espiras intermedias (2) se van desplazando en sentido transversal hasta su posición final mostrada en la figura 2. El desplazamiento horizontal vendrá determinado por un valor "δ" según se detalla de manera explicativa en la figura 6 y cuya magnitud es matemáticamente determinable en función de las variables más arriba especificadas.

Si el muelle descrito se aplica, por ejemplo, a un colchón (5) como se representa en la figura 3, y disponiendo zonas de muelles en que las correspondientes espiras se desplacen a uno u otro lado, dependiendo lógicamente de la orientación de las espiras, se consigue una amortiguación y desvío de la trayectoria de la fuerza, repercutiendo en la persona que este apoyada, en este caso sobre el colchón (5), habiendo sido representada la persona o individuo (6) sobre ese colchón, con lo que los muelles (1) están comprimidos y por tanto desplazadas las espiras en sentido transversal.

De esta forma, en el ejemplo representado en esta figura 3, se integrarían dos grupos de muelles extremos de orientaciones contrarias, de manera que al apoyarse sobre dichas zonas extremas se produzca un desplazamiento en sentido externo, que provoque un suave estiramiento de la espalda y de las piernas del individuo (6).

Tal y como se puede ver en dicha figura 3, los muelles de la invención se pueden complementar con muelles convencionales, como los utilizados en la zona media del colchón, o con otros elementos amortiguadores, como espuma o similar, sin que ello afecte a la esencia de la invención. En el caso concreto de esta figura 3 se ha representado la zona central provista de muelles convencionales, pero podría perfectamente ser una zona sin muelles, fabricada simplemente con cualquiera de los elementos resistentes habitualmente empleados en la fabricación de colchones tales como espumas, látex, etc.

Esa amortiguación y desvío de la trayectoria de la fuerza producida por la compresión, es decir por el peso del individuo descansando (6) sobre el colchón (5), da lugar a un suave estiramiento del cuerpo del individuo, ya que se genera una suave tracción que favorece la descompresión vertebral durante el tiempo de descanso, y ello como consecuencia de que habrá muelles (1) cuya disposición de las espiras genere una fuerza y un desplazamiento hacia un lado y muelles que por la disposición de las espiras generen la fuerza y desplazamiento hacia el lado contrario, y así conseguir el efecto deseado.

Preferentemente, para lograr un mejor direccionamiento de los esfuerzos, los grupos de muelles que se dispongan en una misma dirección irán agrupados o unidos entre sí para que trabajen como un bloque único uniforme.

Cuando se aplica sobre un sillón o asiento (7), como se representa en la figura 4, y donde ese asiento o sillón (7) incluye los correspondientes muelles de la invención (1), el individuo (6) que se sienta, cuando apoya sus glúteos sobre la parte de asiento y su espalda sobre el respaldo de dicho sillón o asiento (7), se producirá la deformación, es decir la compresión y correspondiente deformación de los muelles (1), desplazándose las espiras de éstos hacia un lado respecto de la espira extrema opuesta a la de apoyo del individuo (6), tal y como se representa en la figura 4, dando lugar a que el cuerpo del individuo (6) quede perfectamente ajustado al sillón o asiento (7) y consiguiendo en definitiva una postura mas ergonómica y relajante, con menor tensión para la espalda, y todo ello en base a los efectos de amortiguación que proporcionan los muelles (1) en su especial configuración y realización.

El alambre del muelle en cada uno de sus dos extremos puede ir fijo o suelto. Una de las opciones más comunes será que los extremos vayan siempre fijados a los elementos inferior y/o superior de la estructura del colchón pero en el caso de que se trate de muelles "ensacados", es decir, los que van dentro de fundas, podrían no ir fijados a la estructura del colchón ya que las fundas ya van unidas entre sí.

El muelle descrito se obtendrá en base al procedimiento que forma parte del objeto de la invención, procedimiento que se lleva a efecto mediante el dispositivo representado en las figuras 9 y 10, partiendo siempre de un muelle de espiras en "S", o muelle tradicional.

Pues bien, en esas figuras 9 y 10, el citado muelle de espiras tradicional se sujeta a través de sus espiras extremas (3, 4), mediante unos elementos de sujeción que pueden estar constituidos por sendas mordazas (10, 11) respectivamente, de manera que en la forma de ejecución representada se incluyen una pareja de cilindros laterales (12, 13), que son neumáticos, aunque pudieran ser cualquier otro tipo de elemento que contase con medios de empuje (14, 15) en cada caso, para efectuar empujes en zonas concretas de los extremos laterales correspondientes a las espiras intermedias (2), efectuando igualmente unos empujes en sentido ascendente y descendente sobre las mismas espiras.

Evidentemente el accionamiento y por lo tanto el empuje puede realizarse por cualquier tipo de dispositivos, aunque en la forma representada corresponde a cilindros neumáticos, de recorrido variable, siempre con objeto de realizar empujes en zonas concretas de las espiras (2) del muelle, para conseguir el cambio de forma del mismo y pasar de espiras con una forma vista lateralmente similar a una "S", como es tradicional y se muestra en la figura 9, a espiras con una forma vista lateralmente similar a una "Z" como corresponde a la figura 10, en donde el dispositivo está en fase de accionamiento.

Como ya se ha dicho con anterioridad, cada cilindro (12, 13) puede tener uno o varios medios de empuje (14, 15) respectivamente, con un recorrido determinado, actuando en una dirección sobre una o varias zonas de las espiras (2) del muelle, pudiendo el conjunto del dispositivo estar constituido por varios cilindros (12, 13), u otros tipos de accionamiento, y poder actuar en direcciones diferentes para poder empujar zonas concretas de las espiras en una dirección u otra y conseguir el cambio de forma de las mismas.

El accionamiento del dispositivo se realizará en la fase del tratamiento térmico del muelle (templado), de manera que con ayuda de la temperatura que alcance el muelle, se conseguirá la transformación y la permanencia definitiva en el tiempo de la nueva configuración del propio muelle.

La expresión "tratamiento térmico" aquí empleada, debe entenderse como cualquier proceso que comprende el calentamiento del alambre constitutivo del muelle a una temperatura definida durante un periodo de tiempo, seguido de un enfriamiento a las velocidades adecuadas con el fin de mejorar sus propiedades físicas y mecánicas. Puede por tanto tratarse de cualquier tratamiento por corrientes eléctricas, electromagnetismo o por calentamiento directo a las temperaturas adecuadas para que el alambre adquiera la estructura molecular y funcionalidad deseadas. En la presente invención, se considera como tratamiento térmico preferente el tratamiento por corrientes o descargas eléctricas aplicadas a ambos extremos del muelle seguido de un enfriamiento a temperatura ambiente.

Cuando el dispositivo está actuando sobre el muelle, la forma de éste puede ser diferente a la que se consigue finalmente, ya que para conseguir la forma final deseada hay que empujar más recorrido a las espiras para compensar el retroceso posterior.

Es de destacar el hecho de que el dispositivo puede incluir un tipo de cilindro neumático (12) u otros medios de accionamiento a un lado, con sus respectivos empuj adores (14), mientras que en el lado opuesto, en lugar de existir un segundo cilindro (13), existirán unos topes o elementos de sujeción en zonas concretas de las espiras (2), para hacer palanca cuando actúan los empuj adores (14) del otro lado, de manera que dichos elementos de sujeción o topes podrán ser fijos o accionados de cualquier otra manera. Por último decir que para la manipulación del muelle de una fase a otra se utiliza, un brazo de sujeción (17), que en el presente caso estará convenientemente aislado de la corriente eléctrica.