Matratze und Polstermöbel

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Polsterfeder, ein Verfahren zur Herstellung einer Polsterfeder, insbesondere für Polstermöbel oder Matratzen, sowie eine Matratze und ein Polstermöbel. Die DE 10 2013 103 644 offenbart eine aus Draht bestehende Feder eines Federkerns, die beispielsweise für Matratzen oder Polstermöbel eingesetzt werden kann. Die Feder besteht aus einem schraubenförmig gewundenen Federstahldraht, der sich bei Belastung verformt. Solche Federn haben sich bei der Herstellung von Polstermöbeln und Matratzen bewährt, wobei die Federn bei der Herstellung wärmebehandelt werden, um sie zäher zu machen. Durch eine solche Wärmebehandlung wird ein Absinken von Einzelfedern und daraus folgende Absenkungen, wie Kuhlen in Polstern oder Matratzen, verhindert. Es ist allerdings nur mit viel Aufwand feststellbar, ob eine ausreichende Wärmebehandlung durchgeführt wurde. Für den Endkunden ist eine Überprüfung in der Regel nicht möglich.

Die nachveröffentlichte DE 10 2015 102 539 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Polsterfeder. Die Polsterfeder ist aus einem Federstahldraht gebildet und weist einen Farbindikator auf, welcher anzeigt ob eine ausrei- chende Wärmebehandlung zur Härtung der Polsterfeder vorgenommen wurde.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es nunmehr die Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Polsterfeder dahingehend zu verbessern, dass die Duktilität der Feder verbessert wird und zugleich ein Anhaften des Farbindika- tors gewährleistet ist und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Polsterfeder bereitzustellen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Polsterfeder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6.

Eine erfindungsgemäße Polsterfeder umfasst einen Federstahldraht aus einem mikrolegiertem Stahl und einen zumindest bereichsweise darauf angeordneten Farbindikator, wobei der mikrolegierte Stahl eines oder mehrere Legierungselemente zwischen 0,004 bis 0,015 Gew.% aufweist. Der Farbindikator ist somit in einer bevorzugten Ausführungsvariante nicht Bestandteil des Materials des Federstahldrahtes sondern der Farbindikator ist auf diesem Federstahldraht aufgebracht.

Mikrolegierte Stähle umfassen zumeist in geringen Gewichtsanteilen Legierungselemente wie Aluminium, Titan, Vanadium oder Niob. Einige dieser Legierungselemente können Karbide oder Nitride ausbilden. Besonders bevorzugt kann es auch zu der sogenannten Kornfeinung kommen, in welcher kleinere und feinere Körner im Gefüge erzeugt werden. Dies geht mit einer Wärmebehandlung einher, durch welche es zur Ausbildung der feineren Körner im Gefüge aufgrund der Kornfeinung kommt.

Diese Kornfeinung des Gefüges kann sich wiederum positiv auf die Zähigkeit und Duktilität des Federstahldrahtes auswirken, was dann in Verbindung zu verbesserten Verformungseigenschaften steht.

Zudem kann die Festigkeit optimiert werden und durch das sichere Abbinden des Stickstoffs an Titan kann es zu einer Verbesserung der Zieheigenschaften kommen.

Überdies hat sich gezeigt, dass eine gute Anbindung des Farbindikators, insbesondere einer kupferhaltigen Beschichtung, auf dem mikrolegierten Stahles möglich ist.

Vorteilhafte Ausführungsvarianten einer erfindungsgemäßen Polsterfeder sind Gegenstand der Unteransprüche.

Es ist von Vorteil, wenn der Federstahl aus einem titanmikrolegiertem Stahl be- steht mit einem Titananteil zwischen 0,004 bis 0,01 Gew.%, Durch die Zugabe von Titan wird das Gefüge des Federstahldrahtes und das Gefüge des Endproduktes beeinflusst. Gegenüber anderen bekannten Federstahldrähten kann es durch Zugabe von Titan als Legierungselement zur Bildung eines feinkörnigeren Gefüges insbesondere durch Kornfeinung, vorzugsweise im Rahmen einer Wärmebehandlung während der Herstellung des Federstahldrahtes, kommen.

Optimale Ergebnisse wurden erreicht sofern der Titananteil im

titanmikrolegieten Stahl zwischen 0,005 bis 0,008 Gew.% beträgt. Der Farbindikator kann vorteilhaft auf dem Federstahldraht als kupferhaltige Beschichtung, insbesondere als Beschichtung bestehend aus Kupfer, aufgebracht sein. Eine kupferhaltige Beschichtung ist als eine Beschichtung zu ver- stehen, welche einen gewissen Kupferanteil zu einem gewissen Masseanteil aufweist. Weiterhin Teil der Beschichtung kann z.B. ein Bindemittel sein. Dies kann ein Lack oder im Fall einer Beschichtungslegierung eine Metallmatrix sein. Die kupferhaltige Beschichtung sollte vorteilhaft die mechanischen Eigenschaften der Polsterfeder nicht nachteilig beeinflussen. Die kupferhaltige Be- Schichtung kann auch im Wesentlichen vollständig aus Kupfer bestehen, das mit einer geringen Schichtdicke auf den Federstahldraht aufgebracht wird. Es ist auch möglich, geeignete Kupferlegierungen einzusetzen, um eine bestimmte Umschlagtemperatur einzustellen. Bei dem Farbumschlag wird dann die kupferfarbige Beschichtung dunkler oder heller, je nach erreichter Temperatur, was optisch gut erkennbar ist.

Der Federstahldraht kann auf Basis eines Stahls für einen Walzdraht zum Ziehen gemäß DIN EN ISO 1 61 20 der Stahlsorte C38(D) bis C70(D) gebildet sein, welcher zusätzlich mit Titan, insbesondere in den vorgenannten bevor- zugten Konzentrationsbereichen, legiert wurde.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Polsterfeder, insbesondere für Polstermöbel oder Matratzen, umfasst unter anderem den Schritt des Bereitstellens eines gebogenen oder ungebogenen Federstahldrahtes aus mikrolegiertem Stahl, wobei der mikrolegierte Stahl zumindest ein oder mehrere Legierungselemente zwischen 0,001 bis 0,01 5 Gew.% aufweist.

Weiterhin sieht das Verfahren erfindungsgemäß vor, dass zumindest bereichsweise ein hitzeempfindlicher Farbindikator auf einen Federstahldraht vor, beim oder nach dem Biegen des Federstahldrahtes aufgebracht wird, und dann der Federstahldraht auf mindestens die Umschlagtemperatur des Farbindikators erhitzt wird, bevor die Polsterfeder fertiggestellt wird. Es gibt Maschinen, die beim Drahteinzug vor dem Winden der Feder eine Erhitzung durchführen, so dass die Feder heiß gewunden wird. Es gibt aber auch Maschinen, die in einem zweiten Schritt durch Stromeinleitung erhitzen, wobei die Feder schon gewunden ist.

Durch das Aufbringen des hitzeempfindlichen Farbindikators ist gewährleistet, dass die Wärmebehandlung des Federstahldrahtes optisch sichtbar gemacht werden kann. Durch einen entsprechenden Farbumschlag ist es sowohl für den Hersteller von Polstermöbeln und Matratzen als auch für den Endkunden erkennbar, ob eine Wärmebehandlung vorgenommen wurde, die den Federstahldraht zäher macht. Dadurch kann ein wichtiges Qualitätskriterium für Polsterfe- dem optisch hervorgehoben werden.

Das Bereitstellen des Federstahldrahtes kann vorteilhaft durch eine Mikrolegie- rung von Federstahl mit Titan und/oder einer Titanverbindung während eines Warmwalzvorgangs umfassen, derart dass durch die Menge des zugegebenen Titans und/oder der zugegebenen Titanverbindung eine Änderung der Feinkörnung des Stahls bei einer anschließenden Abkühlung zu einem Federstahlkörper erfolgt. Die Änderung der Feinkörnung des Stahls bezieht sich dabei auf einen Vergleich gegenüber einem Stahl welcher nicht mit Titan oder einer Titanverbindung mikrolegiert ist. Als Titan ist dabei das elementare Metall zu verste- hen. Eine Metallverbindung kann z.B. ein Titansalz, z.B. ein Karbid oder Nitrid, oder eine Titanlegierung sein.

Das Bereitstellen des Federstahldrahtes kann zudem ein Umformen, vorzugsweise bei Temperaturen von weniger als 50°C, durch Ziehen des Federstahl- körpers zu dem Federstahldraht umfassen. Dieses Umformen ist auch als Kaltziehverfahren bekannt.

Im Anschluss an diesen Ziehvorgang kann nunmehr der Farbindikator aufgebracht werden.

Ein Biegen bzw. Winden des Federstahldrahtes in die Form der Polsterfeder kann vor oder nach dem Aufbringen des Farbindikators erfolgen.

Vorzugsweise wird der Federstahldraht auf über 280° C bei der Wärmebehand- lung erhitzt. Zur Wärmebehandlung kann der Federstahldraht beispielsweise auf eine Temperatur zwischen 290° C bis 310° C erhitzt werden, wobei die Dauer der Wärmebehandlung abhängig vom verwendeten Federstahldraht gestaltet werden kann, aber zumindest kurzzeitig die Temperatur über 290° C erreicht werden muss. Die Umschlagtemperatur des Farbindikators liegt daher vorzugsweise ebenfalls bei mindestens 250°C, insbesondere zwischen 290°C und 31 0°C. Bei diesen Temperaturen treten die positiven Effekte durch die Wärmebehandlung auf. Für eine effektive Herstellung der Polsterfeder kann der Farbindikator durch ein Tauchbad aufgebracht werden. Die Beschichtung kann dabei vorzugsweise rein elektrochemisch oder unter Anlegen einer Spannung galvanisch erfolgen. Der Farbindikator weist vorzugsweise eine Dicke zwischen 0,05 bis 1 μηπ, ins- besondere 0,1 0 und 0,80 μηπ, auf, so dass der Farbindikator nur in geringen Mengen auf den Federstahldraht aufgebracht wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Farbindikator nur bereichsweise auf den Federstahldraht aufgebracht, was besonders materialspa- rend ist. Der Farbindikator kann beispielsweise nur auf einen mittleren Bereich der Polsterfeder aufgebracht werden, der sich bei Belastung verformt, so dass durch den Farbindikator zumindest sichtbar wird, ob der sich verformende Bereich wärmebehandelt ist. Dann können die an gegenüberliegenden Seiten angeordneten Endringe einer Polsterfeder unbeschichtet bleiben. Natürlich ist es auch möglich, die Polsterfeder vollständig mit dem Farbindikator zu beschichten.

Erfindungsgemäß wird auch eine Polsterfeder bereitgestellt, die insbesondere bei einer Matratze oder einem Polstermöbel eingesetzt wird. Bei einer Matratze oder Polstermöbel ist es möglich, dass in einem Bezug für die Polsterfeder oder eine Einheit aus mehreren Polsterfedern ein Sichtfenster vorgesehen ist, so dass auch ein Endkunde erkennen kann, ob die Polsterfeder entsprechend wärmebehandelt wurde. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen :

Figur 1 eine fotografische Ansicht einer Polsterfeder mit einer erfindungsgemäßen Beschichtung eines Farbindikators, vor und nach der Wärme- behandlung, und

Figur 2 eine herkömmliche Polsterfeder ohne Farbindikator.

Die Figur 2 zeigt eine Polsterfeder ohne eine Beschichtung aus einem hitzeempfindlichen Farbindikator. Es ist erkennbar, dass der Federstahldraht, aus dem die Polsterfeder hergestellt ist, überall die gleiche Farbe besitzt und optisch nicht erkennbar ist, ob bei dieser Polsterfeder eine Wärmebehandlung durchgeführt wurde, um den Federstahldraht zäher zu machen. Auf der linken Seite in Figur 1 ist eine Polsterfeder gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Die Polsterfeder weist einen Federstahldraht auf welcher aus einem mikrole- giertem Stahl besteht mit Legierungselementen im Umfang von 0,004 bis 0,01 5 Gew.%.

Als besonders bevorzugtes Legierungselement hat sich Titan erwiesen. Der Titangehalt kann bevorzugt 0,004 bis 0,01 Gew.% betragen und optimalerweise 0,005 Gew.% bis 0,008 Gew.%

Der Federstahldraht besteht dabei vorzugsweise aus einem Stahl der im Wesentlichen ein Kohlenstoffstahl ist und besonders bevorzugt auf den Stahl-Güten C38(D) bis C70(D) basiert.

Die Bereitstellung des Drahtes kann derart erfolgen, dass bei dem bereits im Stahlwerk durch Mikrolegierung und einen speziellen Abkühlungsprozess nach dem Warmwalzen die Feinkörnung des Stahls beeinflusst wird. Anders als bei einem nicht-mikrolegierten Federstahldraht kommt es hier zu einer Ausbildung ei- ner Kornfeinung. Es wird zunächst ein Federstahlkörper gebildet, welcher im An- schluss, z.B. im Rahmen einer Kaltumformung, durch Ziehen zu einem Federstahldraht ausgebildet werden kann.

Anschließend kann ein Beschichten mit einem Farbindikator erfolgen, welches im Detail nachfolgend beschrieben wird.

Die Polsterfeder ist in einem mittleren Bereich zwischen zwei parallel angeordneten Endringen schraubenförmig gewunden und in diesem mittleren Bereich mit einem hitzeempfindlichen Farbindikator beschichtet. Wie der Ansicht zu entnehmen ist, besitzt der mittlere Bereich eine andere Farbe als die beiden unbeschichteten Endringe der Polsterfeder. Der mittlere Bereich ist deutlich dunkler, was an dem Farbumschlag des hitzeempfindlichen Farbindikators aufgrund einer Wärmebehandlung liegt. Auf der rechten Seite ist eine Polsterfeder mit Farbindikator und ohne Wärmebehandlung abgebildet. Deutlich ist zu se- hen, dass die Farbe einheitlich ist. Als hitzeempfindlicher Farbindikator wurde auf den mittleren Bereich eine kupferhaltige Beschichtung in einer Dicke zwischen 0,1 5 μηι bis 0,75 μηι elektrochemisch auf den Draht aufgebracht. Hierfür wurde der Draht durch ein Tauchbad geleitet und dabei eine Spannung an den Federstahldraht angelegt, so dass die kupferhaltige Beschichtung sich an der Oberfläche abgesetzt hat. Durch dieses Verfahren lassen sich die Schichtdicke und die beschichteten Bereiche vergleichsweise exakt einstellen.

Der Farbindikator kann dabei auf den noch unverformten Federstahldraht auf- gebracht werden, so dass dieser erst nach der Beschichtung in die Form einer Polsterfeder verformt wird. Vorzugsweise wird dann eine vollständige Beschichtung vorgenommen. Es ist aber auch möglich, zuerst den Federstahldraht zu einer Polsterfeder zu formen und den schon geformten Federstahldraht zumindest teilweise zu beschichten.

Nach dem Aufbringen des Farbindikators wurde der gebogene Federstahldraht einer Wärmebehandlung unterzogen, wobei der gebogene Federstahldraht auf eine Temperatur zwischen 280° C bis 320° C erhitzt wurde. Durch das Erhitzen auf diese Temperatur wurde der Farbindikator aktiviert, so dass ein optisch er- kennbarer Farbumschlag in dem mittleren Bereich vorgenommen wurde.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist nur der mittlere Bereich einer Polsterfeder mit einem Farbindikator beschichtet, wobei es auch möglich ist, den Farbindikator vollständig auf die Polsterfeder aufzubringen. Durch das be- reichsweise Beschichten des Farbindikators ist es allerdings einfacher, den

Farbumschlag durch die Wärmebehandlung optisch zu erkennen. Zudem ist es möglich, die Beschichtung nur in dem Bereich der Polsterfeder vorzusehen, der sich bei Belastung verformt, also insbesondere der Bereich zwischen den beiden Endringen.

Die Polsterfeder kann zu unterschiedlichen Federtypen gebogen sein. So kann die Polsterfeder als Bonellfeder, Taschenfeder, Open Coil oder von einem anderen Federtyp ausgebildet sein. Die Polsterfedern können auch zu Einheiten aus mehreren Polsterfedern zusammengefasst werden und dann in Matratzen oder Polstermöbeln verarbeitet werden.

Damit der Endkunde überprüfen kann, ob hochwertige Polsterfedern in der Matratze oder dem Polstermöbel eingesetzt wurden, kann in dem Bezug mindestens ein transparentes oder durch eine Aussparung gebildetes Sichtfenster vorgesehen sein, so dass eine optische Überprüfung möglich ist, ob die Polsterfeder wärmebehandelt ist.

Nach dem Aufbringen des Farbindikators kann ein Winden bzw. Biegen der Polsterfeder aus dem Federstahldraht erfolgen. Im Anschluss kann die fertige Polsterfeder optional in Stofftaschen z.B. einer Matratze oder eines Polstermöbels eingetascht werden. Schließlich kann ein Verbinden der Polsterfedern oder Stofftaschenzu Federkernen erfolgen und ein Einbau derselben in einem Bett oder Polstermöbel.

Durch die Zugabe von Titan ist auch ein Einfluss auf das Gefüge des warmgewalzten Federstahlkörpers, des Federstahldrahtes und auch auf das Gefüge des Endproduktes zu erwarten, da hierdurch in der Regel ein feinkörnigeres Gefüge gebildet wird.

Dieser als Kornfeinung bekannter Effekt kann sich positiv auf die Zähigkeit und Duktilität des Federstahldrahtes der Polsterfeder auswirken, was dann in Verbin- dung zu verbesserten Verformungseigenschaften steht.

Zudem ist dadurch häufig ein Einfluss auf die Festigkeit zu beobachten und durch das sichere Abbinden des Stickstoffs an Titan könnten sich die Zieheigenschaften verbessern, sodass die Bearbeitbarkeit bei der Kaltumformung zur Bereitstellung des Federstahldrahtes verbessert werden kann.

Dabei hat insbesondere eine Titanmikrolegierung einen positiven Einfluss auf die Materialeigenschaften des Federstahldrahtes. So führt seine hohe Affinität zu Stickstoff zu dessen Abbindung, was die Alterungsbeständigkeit des Federstahls erhöht. Es kann somit auch der Setzverlust von Polsterfedern reduziert werden.

Weiterhin haben die feinen Ti-Ausscheidungen eine kornfeinende Wirkung was sich positiv auf die Duktilität des Stahls auswirkt, was wiederum Vorteile bei der Herstellung der Polsterfeder hat.