Lichtrückstrahler. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Lichtrückstrahler, der auch geneigt zu seiner Ebene einfallende Lichtstrahlen an genähert gegen die Lichtquelle zurückwirft.
Lichtrückstrahler dieser Art besitzen die Eigenschaft, ein unter einem von 90 ver schiedenen Winkel einfallendes Lichtstrahlen bündel in Form eines schmalen Kegels gegen die Lichtquelle zurückzuwerfen. Dieser Vor gang kann als Umkehrstrahlung bezeichnet werden. Aus diesen Rückstrahlern hergestellte Verkehrssignale und Strassenmarkierungen sind bei Nacht für die Insassen eines sich nähernden Fahrzeuges besser und aus grö sserer Entfernung sichtbar als gewöhnliche Signale und Markierungen, da der auf das Verkehrssignal oder die Strassenmarkierung auftreffende Teil des Scheinwerferlichtes grösstenteils in Richtung der Scheinwerfer und der Fahrzeuginsassen zurückgeworfen wird.
Der erfindungsgemässe Lichtrückstrahler ist. dadurch gekennzeichnet, dass er eine ein zige Lage durchsichtiger Kügelchen aufweist, die einen Brechungsindex von etwa 1,9 be sitzen und teilweise in einer reflektierenden Bindesehieht aus einem durchsichtigen film bildenden Material, dem ein reflektierendes schuppenförmiges metallisches Pigment und ein durchsichtiges farbiges Pigment beige mischt sind, eingebettet sind.
Die am Aufbau des Lichtrückstrahlers be teiligten Elemente können derart aufeinander abgestimmt werden, dass für einen weiten Be reich von Einfallswinkeln eine farbige Um kehrstrahlung von hoher Intensität erzielt wird. Als metallisches Pigment kann man schuppenförmiges Aluminium verwenden. Die Reflexion der durch die Kügelchen hindurch gehenden Strahlen wird durch die Alumi niumschuppen und die Färbung des reflek tierten Lichtes durch das durchsichtige -far bige Pigment, dessen Teilchen als winzige Farbfilter wirken, hervorgerufen.
Der Bre- ehungsindex des durchsichtigen farbigen Pigmentes ist zweckmässig praktisch gleich demjenigen des durchsichtigen Bindemittels, so dass die Lichtstreuung an den Grenzflächen auf ein Mindestmass reduziert wird. Die Kü gelchen müssen einen Brechungsinder von etwa 1,9 aufweisen, damit der gewünschte Farb effekt zustande kommt. Dieser Wert ist ausser dem für die Erzielung einer optimal hohen Intensität der Umkehrstrahlung über einen weiten Bereich von Einfallswinkeln mass gebend.
Der erfindungsgemässe Lichtrückstrahler kann in Form eines biegsamen, wetterfesten, blattförmigen Materials hergestellt werden, das zwecks Herstellung von Verkehrssignalen und Strassenmarkierungen mit Umkehrstrah- hmg auf eine Unterlage (z. B. auf -.#Ietallplat- ten mit erhabenen Teilen) aufgebracht wer den kann. Der Lichtrückstrahler kann auch in Form eines selbsttragenden Materials her gestellt werden, indem zu seiner Herstellung eine steife Unterlage verwendet wird.
Die Erfindung lässt sich am besten an Hand der beiliegenden Zeichnung erläutern, in welcher Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Lichtrückstrahlers 10 mit dem gegen die Quelle eines geneigt zur Ebene des Rück strahlers einfallenden Lichtstrahlenbündels zurückgeworfenen Lichtstrahlenkegel ist. Die Wirkung dieses Rückstrahlers ist völlig verschieden von derjenigen eines Spiegels mit Spiegelreflexion und auch von derjenigen einer diffus reflektierenden Oberfläche, die die Lichtstrahlen nach allen Richtungen zu rückwirft.
Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungs gemässen Lichtrückstrahlers in starker Ver grösserung. Aus Gründen der Übersichtlich keit sind die Kugeln weiter auseinander ge zeichnet als dies bei normaler dichter Pak- kung der Fall ist.
Der in Fig. 2 dargestellte blattförmige biegsame Rückstrahler besteht aus einem mehrschichtigen, nichtfaserigen Film, der an sich selbsttragend, jedoch vorübergehend an ein entfernbares Trägerblatt 21 gebunden ist, auf welchem die Schichten übereinander gelegt sind und welches, wenn gewünscht, ab gezogen werden kann. Der mehrschichtige Film weist eine auf das Trägerblatt aufge gossene Abschlussschicht 22 auf, die das Ab ziehen des Trägerblattes vom mehrschichtigen Film erleichtert und zudem eine glatte Ober fläche liefert, auf welche die reflektierende Schicht 23 aufgebracht ist. Auf der letzteren ist die reflektierende Bindemittelschicht 24 aufgebracht, in welcher eine einzige Lage durchsichtiger Kügelchen 25, die einen Bre chungsindex von etwa 1,9 besitzen, teilweise eingebettet ist.
Diese Kügelchen werden ein gepresst, während die Bindemittelschicht noch plastisch ist (das heisst vor dem Erhärten), so dass die Kügelchen 25 die reflektierende Schicht 23 berühren oder sehr nahe an sie herankommen. Nach Erhärten hält die Binde mittelschicht die Kügelchen fest und berührt die eingebetteten Teile der Kügelchen. Die reflektierende Schicht 23 und die reflektierende Bindemittelschicht 24 bilden zusammen ein neuartiges gefärbtes reflektie rendes Material, mit welchem die eingebet teten Teile der als Linsen wirkenden Kügel chen in Berührung sind. Diese Kombination stellt ein chromatisches, katadioptrisches Sy stem dar, welches Lichtstrahlen derart bricht. filtriert und reflektiert, dass die bereits be schriebene Umkehrstrahlung von farbigem Licht zustande kommt.
Die reflektierenden Schichten bestehen aus einem klaren, durchsichtigen, filmbilden den Grundmaterial, dem ein Gemisch aus einem aus fein zerteilten Aluminiumschuppen bestehenden metallischen Pigment und einem durchsichtigen farbigen Pigment beigemischt ist. Die Aluminiumschuppen der reflektieren den Schicht 23 liegen flach an der Oberfläche derselben. Die Aluminiumschuppen der Bindemittelschicht 24 richten sieh beim Ein pressen der Kügelchen während der Fabri kation derart, dass sie parallel zu den angren zenden Kügelchenoberfläehen zu liegen kom men.
Die Ahimininmschuppen beider Schich ten liefern somit eine grosse Zahl kleinster, silbrig spiegelnder Flächen, die parallel und in unmittelbarer Nähe der eingebetteten Teile der Kügelchen, jedoch räumlieb getrennt von ihnen, angeordnet. sind. Die Partikel des durchsichtigen farbigen Pigmentes sind, ver glichen mit den Aluminiumschuppen, winzig klein. Ein Teil dieser Partikel ist zwischen den einzelnen eingebetteten Kü-elchenober- fläehen und den angrenzenden -Metallschup pen zerstreut, so dass diese Partikel die Licht strahlen sowohl vor als auch nach ihrer Re flexion an den Pigmentschuppen filtrieren.
Infolge dieser Filterwirkung wird das durch die Partikel hindiureligeliende Liebt farbig, wobei die Farbintensität von den Men-enver- hältnissen abhängt.
Die Lielitstrahlen a, in Fig. '21 sind prak tisch parallele Strahlen, die von einer entfern ten, sieh den freiliegenden Teilen der Kügel chen in einer zur Ebene des Lichtrückstrah lers normalen Richtung nähernden Lichtquelle herkommen. Wegen der sphärischen und der chromatischen Aberration können diese ein fallenden Strahlen nicht in einem wahren Brennpunkt zusammenlaufen. Das als sphäri sche Linse wirkende Kügelchen mit einem Brechungsindex von etwa 1,9 bricht die Licht strahlen derart, dass sie innerhalb des Kü gelchens konvergieren und den eingebetteten Oberflächenteil des Kügelchens in einem eng begrenzten, nahezu punktförmigen Flächen abschnitt treffen.
Die Strahlen laufen durch das durchsichtige Material des Lichtrückstrab- lers (einschliesslich der Partikel des durch- siehtigen farbigen Pigmentes) weiter, bis sie auf die Aluminiumschuppen stossen und von diesen reflektiert werden, was in nächster Nähe jener Stelle der Kügelehenoberfläche geschieht, an welcher die Strahlen fokussiert. werden. Die an den Aluminiumschuppen reflektierten Strahlen (mit Ausnahme der zer streuten Strahlen) bilden einen Kegel diver gierender Strahlen, die am freiliegenden Teil des Kügelchens derart gebrochen werden, dass sie zu einem schmalen Kegel gesammelt wer den, der praktisch die gleiche Achse wie das einfallende Strahlenbündel aufweist.
Die von allen Kiigelchen zusammen ausgesandten far bigen Strahlen bilden einen Gesamtkegel schwach divergierender Strahlen in Richtung der Lichtquelle. Einem Beobachter, dessen Bliekrichtung mit der Achse des den Rück strahler beleuchtenden Strahlenbündels zu sammenfällt oder wenig davon abweicht, wird der Rückstrahler als leuchtende, gefärbte Fläche erscheinen, die besser und aus grö sserer Entfernung sichtbar ist als eine mit einem gewöhnlichen Anstrich versehene Fläche. Da die Kügelchen sehr klein sind, werden sie einzeln nicht sichtbar, so dass der Rückstrahler den Anschein erweckt, als wäre er mit einem leuchtenden, gefärbten Anstrich überzogen.
Ausserdem wird durch die Kom bination von Aluminiumschuppen und far bigem Pigment ein sehr intensiver farbiger Leuchteffekt erzielt, der einen völlig anders gearteten Eindruck erweckt als derjenige von Flächen, die mit einem gewöhnlichen Anstrich versehen sind. Die Strahlen b treffen aus einer Richtung, die mit dem Lot auf die Ebene des Licht rückstrahlers einen Winkel von beträchtlicher Grösse bildet, auf den freiliegenden Teil eines Kügelchens auf und konvergieren an einer nahezu punktförmigen Stelle am Schnittpunkt der Achse des Strahlenbündels mit der Kugel oberfläche. Die Strahlen werden durch die Bindemittelschicht reflektiert und in farbige Strahlen umgewandelt.
Die gefärbten Strah len werden in genau der gleichen Weise wie die senkrecht einfallenden Strahlen in Rich tung der Lichtquelle des geneigt einfallenden Strahlenbündels zürückgeworfen.
Bei Tag erscheint die Rüekstrahlerober- fläehe als kontinuierlich gefärbte Fläche von ungefähr gleicher, jedoch etwas dunklerer Farbe.
Der Erfindungsgegenstand wird im fol genden Beispiel noch eingehender erläutert. Die Mengenangaben sind gewichtsmässig zu verstehen.
Beispiel: Der Lichtrückstrahler in der Ausführungs form gemäss Fig. 2 kann als endloses Band hergestellt und in Form von Rollen geliefert werden. Von diesen Rollen können dann Stücke der gewünschten Form abgeschnitten werden, die für die Herstellung von Signalen und Markierungen auf Unterlagen aufge bracht werden können.
Das Trägerband (21) wird aus einem stark kalandrierten Papier mit harter Ober fläche hergestellt, indem man das Papier mit einer 40%igen Lösung von Isobutyl- methacrylatpolymer in Xylol mittels eines A ufstreichmessers in einer Menge von 54 bis 67 g/m2 (Massgewicht) überzieht und an schliessend trocknet (l5 Minuten bei ?9 C). Der Überzug haftet sehr fest. am Papier und liefert eine zum Aufbringen der nächsten Schicht geeignete, glatte Oberfläche.
Hierauf wird die Absehhissschicht (22) des Lichtrückstrahlers in zwei Stufen aufge gossen.. Bei der ersten Stufe wird das ge trocknete Papier zuerst mittels Aufstreieh- mess6r mit einer 10 ö i,-en Lösung von Poly- vinvlbuti-ral (beispielsweise von Vinvlite XYNC oder XYSG der Carbide & Carbon Chemicals Corp.) in Äthylenglykol-monoäthyl- äther in einer Menge von 84 g/m2 (Nassge wicht)
überzogen und anschliessend im Ofen getrocknet (1 Stunde bei 60 C). Auf diese Weise wird eine Rückfläche erhalten, die das Abziehen des eigentlichen Lichtrückstrahlers vom Papierträgerband im trockenen Zustand erleichtert. Bei der zweiten Stufe wird eine Lösung von 12,5 % des oben genannten Poly- vinylbutyrals und 4,2 % Trikresylphosphat als Weichmacher in Äthylenglykol-monoäthyl- äther in einer Menge von 167 bis 188 g/m2 (Nassgewicht) aufgetragen und das über zogene Papier anschliessend im Ofen getrock net (je 5 Minuten bei 71, 104 und 149 C).
Hierauf wird die erste reflektierende Schicht (23) unter Verwendung des folgen den Materials in einer Menge von 50 bis 58 g/m2 gegossen:
EMI0004.0007
Teile
<tb> Lösung <SEP> eines <SEP> in <SEP> der <SEP> Wärme <SEP> härtenden
<tb> Harnstoff-Formaldehydharzes <SEP> in
<tb> einem <SEP> flüchtigen <SEP> Lösungsmittel
<tb> (50 <SEP> % <SEP> Festkörper) <SEP> 61,5
<tb> Stark <SEP> geblasenes <SEP> Rizinusöl <SEP> (Weich macher) <SEP> 30,8
<tb> Äthylenglykol-monoäthyl-äther
<tb> (Lösungsmittel) <SEP> 5,0
<tb> Blaues <SEP> Phthalocyaninpigment <SEP> 7,7
<tb> Schuppenförmiges <SEP> Aluminiumpigment <SEP> 5,0 Diese Schicht wird durch Erhitzen in einem Ofen während 10 Minuten bei 71 C 15 Minuten bei 138 C und 15 Minuten bei 113 C getrocknet und zum Erhärten ge bracht.
Hierauf wird die Bindemittelschicht (24) aufgebracht, indem man das gleiche Material mittels eines Aufstreichmessers in einer Menge von 50 bis 71 g/m2 aufträgt. Ein Teil des Lösungsmittels wird durch Erhitzen während 3 Minuten bei 107 C aus der aufgetragenen Schicht vertrieben. Auf die noch nicht er härtete und noch plastische Bindemittel schicht werden durchsichtige Glasperlen mit einem mittleren Durchmesser von 0,127 bis 0,178 mm und einem Brechungsindex von etwa 1,9 derart aufgebracht, dass eine einzige dichtgepackte Lage entsteht, worauf die über schüssigen Perlen entfernt und die verblei benden Perlen in das Bindemittel nieder gedrückt werden, indem man das Band zwi schen zwei Quetschwalzen (von denen die eine einen Stahlüberzug und die andere einen Kautschuküberzug aufweist) hindurchführt.
Das mit Perlen versehene Band wird dann durch Erhitzen im Ofen während 10 Minuten bei 116 C und während 90 bis 120 Minuten bei 91 bis 96 C endgültig gehärtet. Die an der Oberfläche etwa noch anhaftenden Perlen können entfernt werden, indem man das Band um eine Rolle herumführt und die mit Per len versehene Oberfläche mit einer rotieren den Bürste und einem Luftstrahl behandelt. Die Perlenoberflächen sind etwas mehr als zur Hälfte im Bindemittel eingebettet, wo durch die mechanische Verankerung der Per len im Bindemittel verstärkt wird.
Das Lichtrückstrahlerband kann vom Pa pierträgerband (21) abgelöst werden. Das Papierträgerband ist dann erneut verwend bar. Das abgelöste Liclitrückstrahlerband ist selbsttragend. Die gemäss den obigen An gaben hergestellten lichtreflektierenden Filme weisen eine Zugfestigkeit von 1,25 bis 1,78 kg pro Zentimeter Breite und eine Zer reissdehnung von 20 bis 30 % auf. Wenn die Beleuchtungsrichtung einen Winkel von -10 mit dem Einfallslot bildet, so ist der Betrag des reflektierten Lichtes 85 iö des Betrages bei senkrechtem Einfall des Lichtes. Das Re flexionsvermögen ist in einem weiten Bereich von Einfallswinkeln ausgezeichnet. Das reflek tierte Licht ist bei Nacht hellblau und bei Tag dunkelgraublau.
Als Beispiel eines für die Herstellung der reflektierenden Schichten (reflektierende Schicht 23 und Bindemittelschicht 24) geeig neten Materials sei das unter der Bezeichnung Betitle 227-8 (American Cyanamid Com- pany) im Handel erhältliche Produkt. ge nannt, das aus einer 50gewiehtsprozentigen Lösung eines in der Wärme aushärtbaren Harnstoff-Formaldehydharzes in einem aus 60 Teilen Butylalkohol und 40 Teilen Xylol zusammengesetzten Lösungsmittel besteht.
Als Beispiel eines blauen Phthalocy aninpig- mentes sei das unter der Bezeichnung Mona- stral Blue Toner BT-172-D (E. I. du Pont de Nemours & Co.) erhältliche Produkt ge nannt.
Die Phthalocyaninpigmente sind unlöslich, im Gegensatz zu den löslichen Phthalocyanin- farbstoffen. Diese Klasse von Farbsubstan- zen ist in einem Aufsatz in Industrial und Engineering Chemistry , Juli 1939, Seiten 839 bis 817 beschrieben. Es können jedoch auch andere Farbsubstanzen verwendet werden. Die Verwendung durchsichtiger farbiger Pigmente in Druckfarben ist bekannt. Es sind zahl reiche geeignete Pigmente erhältlich, ein schliesslich verschiedener farblackbildender Pigmente.
Man verwendet vorzugsweise far bige Pigmente, die eine möglichst hohe Licht- eehtheit aufweisen, tun das Ausbleichen der Farbe in dauernd im Freien aufgestellten Liehtrüekstrahlern auf ein Mindestmass zu reduzieren.
Die zur Herstellung der Schichten verwen deten pigmentierten Gemische werden vor zugsweise durch Herstellung eines Pigment konzentrates erhalten, indem man das farbige Pigment zusammen mit einer zur Erzielung einer Konzentration von 20 Gewichtsprozent genügenden Menge Rizinusöl derart mahlt, dass die Pigmentpartikel voneinander ge trennt und dispergiert werden. Dieses Pig mentkonzentrat kann hierauf zur Herstellung des für die Erzeugung der Schichten ver wendeten Gesamtgemisches im gewünschten Verhältnis mit den übrigen Bestandteilen ge mischt werden.
Im folgenden werden die durch Verände- rnM), der Mengenverhältnisse der Komponen ten verursachten Wirkungen beschrieben, wo bei als Vergleichsbasis die oben angegebene Zusammensetzung der reflektierenden Schich ten genommen wird.
Der Gehalt des oben genannten Gemisches an Aluminiumpigment, bezüglich der Gesamt nienge an Harzfeststoffen und Rizinusöl (wel- ehe das dur elisiehtige Grundmaterial der ge- trockneten Schichten bilden), beträgt 8,13 Gewichtsprozent. Der Gehalt an blauem Pig ment beträgt 12,5 Gewichtsprozent. Bei Er höhung des Gehaltes an farbigem Pigment erfolgt eine Steigerung der Farbintensität, gleichzeitig jedoch eine Verminderung der In tensität des reflektierten Lichtes (gemessen mittels einer photoelektrischen Zelle).
Bei Verminderung des Gehaltes an farbigem Pig ment erfolgt eine Erhöhung der Intensität des reflektierten Lichtes, jedoch eine Schwä chung der Farbintensität. Bei Steigerung des Gehaltes an Aluminiumpigment erfolgt eine Erhöhung der Intensität des reflektierten Lichtes, gleichzeitig jedoch eine Schwächung der Farbintensität, und umgekehrt. Eine wei tere Auswirkung der Veränderung der Men genverhältnisse der Komponenten besteht darin, dass bei Verminderung des Gehaltes an farbigem Pigment oder bei Steigerung des Gehaltes an Aluminitunpigment die Divergenz der reflektierten Strahlen etwas zunimmt.
Es ist einleuchtend, dass für die Pigmente ein optimales Mengenverhältnis bestehen muss, das die günstigsten Resultate liefert. Der optimale Gehalt an farbigem Pigment hängt natürlich von der besonderen Art des ver wendeten Pigmentes ab, da die Pigmente so wohl hinsichtlich Farbintensität als auch Ab sorptionsvermögen untereinander je nach ihrer Zusammensetzung und Teilchengrösse verschieden sind.
Als Aluminiumschuppenpigment wird vor zugsweise ein solches verwendet, dessen schup penförmige Partikel eine Teilchengrösse von 0,0076 mm aufweisen. Dieser Wert ist zweck mässig viel grösser als die Teilchengrösse der Farbpigmentpartikel, die vorzugsweise eine kolloidale Grösse aufweisen, jedoch viel klei ner als die Grösse der Glasperlen. Bei Ver wendung gröberer Aluminiumschuppen in gleicher Menge erfährt die Intensität der Um kehrstrahlung eine Verminderung und die Farbe des reflektierten Lichtes eine Verdun kelung.
Werden Glasperlen verwendet, die einen über dem optimalen Wert von 1,9 liegenden Brechungsindex, z. B. einen solchen von 1,95, aufweisen, so erfährt die Intensität der Um kehrstrahlung eine Verminderung und die Farbwirkung eine Abschwächung. Bei Ver minderung des Brechungsindex auf 1,85 er folgt zwar eine Farbvertiefung, gleichzeitig jedoch eine erhebliche Verminderung der In tensität der Umkehrstrahlung.
Bei Veränderung der Perlengrösse im Be reich von 0,076 bis 0,254 mm (mittlerem Durchmesser) werden die optischen Eigen schaften des Lichtrückstrahlers nicht merklich beeinflusst. Durch Verwendung derart klei ner Perlen erhält man eine verhältnismässig glatte Oberfläche, die für die Herstellung von Verkehrssignalen bemalt oder bedruckt wer den kann. Ausserdem ermöglichen Perlen die ser Grösse die Herstellung eines sehr dünnen und biegsamen Lichtrückstrahlers. Die Zahl dieser Perlen pro Quadratzentimeter einer einzigen Lage übersteigt z. B. 1550.
Die reflektierende Schicht 23 kann wegge lassen werden, sofern die Kügelchen 25 der art in die Bindemittelschicht 24 eingebettet werden, dass sie mit ihren eingebetteten Teilen die hintere Grenzfläche der Bindemittelschicht nicht berühren. Die in Fig. 2 gezeigte Aus führungsvariante ist jedoch für die fabrik mässige Herstellung vorteilhafter.
<B>UN</B> enn die reflektierende Schicht 23 Alu- miniiunpigment, aber kein farbiges Pigment enthält, so kommt bei senkrechtem Einfall der Lichtstrahlen eine silbrige Umkehrstrahlung zustande, während bei geneigtem Einfall der Lichtstrahlen auf die Ebene des Lichtrück strahlers unter Mitwirkung des farbigen Pig mentes in der Bindemittelschicht 24 eine far bige Umkehrstrahlung zustande kommt.
An Stelle des Aluminiumschuppenpigmen- tes sind auch andere metallische Pigmente mit schuppenförmigen Partikeln verwendbar. So kann man beispielsweise zur Herstellung eines - Lichtrückstrahlers mit hellgelber Um kehrstrahlung gelbe Bronceschuppen als me tallisches Pigment zusammen mit einem durchsichtigen gelben Pigment verwenden. Bei Verwendung von zu sammen mit einem durchsichtigen gelben Pig- ment wird der Umkehrstrahlung infolge der Wirkung des silbrig reflektierenden Alumi niums ein gründlicher Schein verliehen.
Sowohl das metallische Pigment als auch das durchsichtige farbige Pigment kann aus Gemischen von zwei oder mehreren verschie denen Einzelpigmenten bestehen. So kann bei spielsweise als metallisches Pigment ein Ge misch von Aluminiumschuppen und Bronce- schuppen verwendet werden. Es können Ge mische durchsichtiger farbiger Pigmente ver schiedener Farbtöne verwendet werden. Das durchsichtige filmbildende Grundmaterial der reflektierenden Schichten kann zwecks wei terer Veränderung des Farbeffektes mittels eines Farbstoffes gefärbt werden. Für den gleichen Zweck können auch gefärbte Kügel chen verwendet werden. Derartige Kombina tionen ermöglichen zusätzliche Variationen des Farbeffektes des Lichtrückstrahlers.