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Runde Retroreflektoren mit Würfeleckenelementen weisen üblicherweise eine Richtungsabhänge Reflektionsleistung auf, weil unter anderem die effektive wirksame Apertur vom Einfallswinkel abhängt, sowie ab einem Grenzwinkel des Lichteinfallsbeispielsweise die interne Totalreflektion eines Teils der Würfeleckenelemente verloren geht.
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Würfeleckenelemente sind Elemente mit jeweils drei nahezu senkrecht zueinanderstehenden Flächen, also mit Flächen die zueinander einen Winkel zwischen 88° und 92° einschließen. Es sind verschiedene Geometrien von Würfeleckenelementen bekannt, wie beispielsweise Pyramidenstrukturen, also in der Diagonalebene abgeschnittene Würfel sowie Strukturen mit vollen Würfeln oder auch Quadern mit hexagonaler oder rechteckiger Grundfläche. Alle diese Elemente können für Retroreflektoren verwendet werden, jedoch haben Pyramidenstrukturen eine geringere Reflektionsleistung als Strukturen mit vollen Würfeln. Eine aus rhombischen und hexagonalen Strukturen zusammengesetzte Geometrie, mit der diese geringere Reflektionsleistung von Pyramidenstrukturen überwunden werden soll, ist in der
DE 826 539 B (Inhaberin: Fairylites Limited) sowie in der
UK 490, 237 A vorgeschlagen.
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In der
US 3 450 459 A (Erfinder: W. Haggerty) wird ein teilweise retroreflektierendes Element mit einer Vielzahl von hexagonalen Konfigurationen mit einer Vielzahl von rechtwinklig gegenüberliegenden Seitenflächen vorgeschlagen, das einen Teil der Strahlen in einem engen Winkelbereich zum Betrachter zurückreflektiert oder in einem Winkelbereich von bis zu 80° bricht.
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Soll eine vorgegebene Reflektionsleistung an einen vorgegebenen Ort, z.B. unter einem Beobachtungswinkel von 20 Bogenminuten erzielt werden, muss der runde Retroreflektor in einer Vorzugsrichtung montiert werden. Es wurden unterschiedliche Arten der Positionsmarkierung vorgeschlagen, wie beispielsweise in der
DE 20 2009 017 693 U (Inhaberin: IMOS Gubela GmbH) durch eine abgetrennte Struktur mit einem Kreissegment. Diese Lagemarkierungen haben den Nachteil, dass dabei retroreflektierende Fläche verloren geht.
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Die
DE 299 24 453 U1 (Anmelderin: Schott Spezialglas GmbH) beschreibt einen Reflektor für Beleuchtungszwecke, wobei versetzte Facettenreihen mit ebenen kugelförmigen oder zylindrischen Facetten vorgesehen sein können.
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Auf dem Markt sind runde Retroreflektoren erhältlich, die die Abhängigkeit der Reflektionsleistung von der Montagelage bzw. von der Einfallsrichtung des Lichts reduzieren, indem sie verschiedene Sektoren aufweisen, in denen sich Würfeleckenelemente einer ersten Orientierung mit Würfeleckenelementen einer zweiten Orientierung abwechseln. Die Orientierung kann durch die Lage der Symmetrieachsen also der Würfeldiagonalen der einzelnen Würfeleckenelemente im Raum mit 2 Freiheitsgraden parametrisiert werden. Außerdem können die einzelnen Würfeleckenelemente um die Symmetrieachse bzw. eine Achse parallel dazu verdreht werden, wie beispielsweise in der
DE 42 36 799 A1 (Anmelder: Gubela Senior) vorgeschlagen wurde. Dennoch gibt es auch mit einer solchen Anordnung ungünstige Einstrahlsituationen in denen die Reflektionsleistung unter einem gegebenen Beobachtungswinkel unzureichend wird.
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Ziel der Erfindung ist es, einen runden Retroreflektor bereitzustellen, dessen Reflektionsleistung unabhängiger von der Montageorientierung ist. Diese Aufgabe wird durch einen Retroreflektor nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem Retroreflektor mit einer kreisförmigen Grundfläche mehrere radiale Bereiche vorgesehen sind. Als radiale Bereiche werden Bereiche bezeichnet, die unterschiedlich vom Mittelpunkt beabstandet sind. Zum Beispiel kann ein dem Mittelpunkt näherer Bereich vorgesehen sein, also ein Innenbereich. Außerdem kann ein vom Mittelpunkt entfernter Bereich vorgesehen sein, also ein Außenbereich. Dazwischen können beispielsweise ein oder mehrere Mittelbereiche vorgesehen sein.
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Jeder radiale Bereich ist erfindungsgemäß in mehrere Sektoren unterteilt, die um einen vordefinierten Polarwinkel zueinander versetzt sind. Es können beispielsweise 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder n Sektoren vorgesehen sein. Der entsprechende Polarwinkelversatz beträgt dann ca. 360° / n. Zwei verschiedene Radialbereiche können auch eine unterschiedliche Anzahl an Sektoren aufweisen.
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Sowohl in benachbarten radialen Bereichen als auch in benachbarten Sektoren weisen die Würfeleckenelemente erfindungsgemäß eine andere Orientierung auf. Anders gesagt, immer wenn eine Grenze zwischen dem ersten radialen Bereich und dem zweiten radialen Bereich oder zwischen zwei Sektoren überschritten wird, ändert sich die Orientierung der Würfeleckenelemente.
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Unterschiedliche Orientierungen der einzelnen Würfeleckenelement können auf verschiedene Arten realisiert werden, z.B. wenn der Retroreflektor mit einzelnen Pins gefertigt werden, können einzelne Pins im Raum verkippt werden oder um ihre Symmetrieachse verdreht werden. Beispiele für die Herstellung von Würfeleckenelementen mit unterschiedlicher Orientierung in Plattentechnologie sind unter anderem in der
WO 97/45255 A1 (Anmelderin:Stimpsonite Corp) genannt.
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Im einfachsten Fall stehen die Symmetrieachsen der Würfeleckenelemente senkrecht auf der kreisförmigen Grundfläche. Dann hängt die Orientierung der Würfeleckenelemente nur noch von der Rotation der Würfeleckenelemente um die Symmetrieachse bzw. einer dazu parallelen Achse ab. Bei einer Rotation um die Symmetrieachse geht ein Würfeleckenelement bei einem Rotationswinkel von 120° wieder in sich selbst über. Das Würfeneckenelement ist also um 120° rotationssymmetrisch.
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Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest ein Sektor des ersten radialen Bereichs durch einen anderen Polarwinkel gegen seinen benachbarten Sektor abgegrenzt ist als die entsprechenden in radialer Richtung benachbarten Sektoren des zweiten radialen Bereichs. Die Abgrenzung zwischen den Sektoren kann auch auf einer schrägen oder gekrümmten Linie in einem Polarwinkelbereich erfolgen. Wird eine Vorzugsrichtung als 0° definiert und der Polarwinkel gegenüber der Vorzugsrichtung im mathematisch positiven Sinn gegen den Uhrzeigersinn gemessen, so kann beispielsweise die Grenze zwischen zwei Sektoren des ersten radialen Bereichs genau in Vorzugsrichtung also bei 0° liegen und die Grenze zwischen zwei Sektoren des zweiten radialen Bereichs mit der Vorzugsrichtung einen Winkel von 30° einschließen. Durch diese Rotationsverschiebung zwischen Sektoren von zwei radialen Bereichen wird erreicht, dass bei einer Rotation des Retroreflektors um eine Achse durch den Mittelpunkt die Würfeleckenelemente des ersten Sektors des zweiten Bereichs zunächst immer schwächer retroreflektieren und dann wegbrechen, und dann die Würfeleckenelemente des zweiten Sektors des zweiten Bereichs erscheinen während die Retroreflektionsleistung der Würfeleckenelemente des ersten Sektors des ersten Bereichs zunächst immer mehr zunimmt, bis sie genau dort, wo die Würfeleckenelemente des ersten Sektors des zweiten Bereichs wegbricht ein Maximum annimmt und dann wieder abnimmt bis die Würfeleckenelemente des zweiten Sektors des zweiten radialen Bereichs ein Maximum aufweisen. So kann eine gleichmäßige Retroreflektionsleistung weitgehend unabhängig von einer Verdrehung des Retroreflektors erzielt werden.
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Vorteilhafterweise sind die Würfeleckenelemente zweier benachbarter Sektoren um 60° gegeneinander um die Symmetrieachse gedreht angeordnet, was auf Grund der Symmetrie auf eine Spiegelung an der Grenze zwischen den Sektoren hinausläuft.
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Weiter ist es von Vorteil, wenn die Würfeleckenelemente zwischen zwei radialen Bereichen um 30° gegeneinander um ihre Symmetrieachse oder eine Achse parallel dazu verdreht sind. Dadurch wird die Symmetrie optimal ausgenützt und die Phasen des Wegbrechens und Erscheinens der einzelnen Bereiche bei einer Rotation des Retroreflektors ergänzen sich optimal.
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Aufgrund der Symmetrie hat sich für den zweiten radialen Bereich eine Anzahl von 6 Sektoren als optimal herausgestellt. Auch im ersten radialen Bereich sind 6 Sektoren optimal. Dabei sind die Sektoren des ersten Bereichs jeweils zwischen 25° und 35° Grad, vorzugsweise um 30° zueinander versetzt um einen optimalen Übergang der reflektierenden Bereiche bei einer Rotation des Reflektors zu ermöglichen.
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Es können aber auch andere Aufteilungen, wie 4 Sektoren für den ersten radialen Bereich, gewählt werden, beispielsweise wenn Stege zum Verschweißen des Retroreflektors erforderlich sind. Diese Stege können dann als eine durchgehende Unterbrechung der Würfeleckenelemente ausgebildet sein. Eine Aufteilung in 4 Sektoren des ersten radialen Bereichs kann auch dann sinnvoll sein, wenn Würfeleckenelemente mit einer rechteckigen Grundfläche (z.B. Gubelastränge siehe
DE 44 10 994 A1 ) im ersten radialen Bereich vorgesehen sind.
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Vorteilhafte Gestaltungen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Es zeigen:
- 1 einen Retroreflektor nach dem Stand der Technik,
- 2 ein erstes Beispiel eines erfindungsgemäßen Retroreflektors,
- 3 ein zweites Beispiel eines erfindungsgemäßen Retroreflektors,
- 4 eine Weiterentwicklung des Retroreflektors nach 1 gemäß der vorliegenden Erfindung,
- 5 eine regelmäßige Anordnung der Strukturen nach Figur zur Verwendung mit einer retroreflektierenden Folie.
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Im Detail zeigt 1 eine schematische Darstellung eines am Markt erhältlichen runden Retroreflektors 1 gemäß dem Stand der Technik. Auf die Darstellung der Würfeleckenelemente im Detail wurde bei allen Figuren verzichtet. Ein erster radialer Bereich 31, der den Mittelpunkt 21 des kreisförmigen Retroreflektors 1 einschließt ist in 6 Sektoren 3, 5, 7 (weitere Sektoren ohne Bezugszeichen) eingeteilt. Die Würfeleckenelemente der Sektoren 3 und 7 haben die Orientierung A', also liegt beispielsweise die Symmetrieachse der Würfeleckenelemente senkrecht zur Kreisfläche und die Würfeleckenelemente stehen um 0° rotiert, d.h. bei einer Ansicht aus der Vorzugsrichtung in polarer Richtung und unter dem Azimutwinkel der Würfeldiagonale von 54,74° ist von jedem Würfeleckenelement nur eine Seitenfläche sichtbar, der Bildeindruck entspricht einer Anordnung von Quadraten.
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Die Würfeleckenelemente des Sektors 5 sind in der Anordnung A, d.h. sie sind im Vergleich zur Anordnung A' um 60° um die Symmetrieachse gedreht. Dies entspricht einer Spiegelung der Orientierung A. In den weiteren Sektoren wechselt sich die Orientierung immer zwischen A und A' ab.
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In einem äußeren, zweiten radialen Bereich 33, der eine Reihe von Würfeleckenelementen entspricht, sind die Würfeleckenelemente verkippt angeordnet, also liegt deren Symmetrieachse nicht in der Normalen der Kreisfläche. Diese Anordnung wird gewählt, um Licht auch gezielt in eine bestimmte Richtung zu lenken, z.B. zu einem Beobachtungswinkel von 2°, die in vielen Normen insbesondere im Straßenverkehr häufig herangezogen wird. Diese verkippte Orientierung C wechselt sich in benachbarten Sektoren des zweiten radialen Bereichs wieder mit einer dazu spiegelverkehrten Orientierung C' der Würfeleckenelemente ab. Mit anderen Worten, der radiale Bereich 33 lenkt Licht besonders in einen Beobachtungswinkel von 2° und der erste radiale Bereich 31 sorgt besonders für eine gute Retroreflektionsleistung bei kleineren Beobachtungswinkeln.
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2 zeigt einen Retroreflektor 101, gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein erster innerer radialer Bereich 131 ist in vier Sektoren 103, 105, 107, 109 unterteilt. Ein zweiter äußerer radialer Bereich 133 ist in sechs Sektoren (ohne Bezugszeichen) unterteilt. Die Würfeleckenelemente des inneren Bereichs 131 sind abwechselnd in der Orientierung B und deren gespiegelter Orientierung B' angeordnet. Die Würfelecken sind nicht gekippt. Die Würfeleckenelemente der Orientierung B sind gegenüber den Würfeleckenelementen der Orientierung A um 30 ° um die Symmetrieachse gedreht, dementsprechend sind die Würfeleckenelemente der Orientierung B' um 90° gegenüber den Würfeleckenelementen der Orientierung A gedreht. Aufgrund der 120°-Rotationssymmetrie von Würfeleckenelementen entspricht dies auch einer Rotation um - 30 °. In den sechs Sektoren des äußeren Bereichs 133 wechseln sich Würfeleckenelemente in den Orientierungen A und A' ab. Die Bezeichnungen und Beziehungen zwischen den verschiedenen Orientierungen werden zu allen Figuren beibehalten. Eine Sektorgrenze 123 des ersten radialen Bereichs 131 verläuft vom Mittelpunkt 121 bis zu einer Bereichsgrenze unter einem Polarwinkel von 0°. Eine Sektorgrenze 125 des zweiten radialen Bereichs verläuft unter einem Polarwinkel von 330°. Es gibt also einen fließenden Übergang der Reflektionsleistung, wenn der Retroreflektor über die die Sektorengrenzen 123, 125 hinweg rotiert wird.
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Diese Ausführungsform ist insbesondere vorteilhaft, wenn der Retroreflektor 101 verschweißt werden muss. Stege zum Verschweißen können dann an den zwei durchgehenden Sektorgrenzen angebracht sein.
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3 zeigt einen erfindungsgemäßen Retroreflektor 201, der die Symmetrie der Würfeleckenelemente optimal ausnutzt. Sowohl der erste radiale Bereich 231 als auch der zweite radiale Bereich 233 ist in jeweils sechs Sektoren unterteilt. Jeder Sektor deckt einen Polarwinkel φ1 von 60° ab. Die Sektoren des ersten Bereichs 231 sind gegenüber den Sektoren des zweiten Bereichs 233 um einen Polarwinkel φ2 von 30° versetzt. Zur besseren Darstellung des Polarwinkels φ2 wurde eine Grenze 225 bis zum Mittelpunkt 221 verlängert und der Winkel zu einer Grenze 223 eingezeichnet. Mit anderen Worten gibt es alle 30° in einem der radialen Bereiche 231 oder 233 einen Übergang der Orientierung A, A', B, B' der Würfeleckenelemente. Außen wechseln sich also um 0° um die Symmetrieachse rotierte Würfeleckenelemente mit um 60° um die Symmetrieachse rotierten Würfeleckenelementen ab, innen um 30° um die Symmetrieachse rotierte Würfeleckenelemente mit um 90° um die Symmetrieachse rotierten Würfeleckenelementen.
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4 zeigt eine erfindungsgemäße Weiterentwicklung eines Retroreflektors nach 1. In radialer Richtung sind von innen also vom Mittelpunkt 321 nach außen vier radiale Bereiche 335, 331, 333, 337 vorgesehen. Die Aufteilung der Sektoren entspricht dem Retroreflektor nach 3. Sowohl in einem Innenkreis, der die radialen Bereiche 331 und 335 umfasst, als auch in einem Außenkreis, der die radialen Bereiche 333 und 337 umfasst ist wieder jeweils eine Reihe (Bereiche 331 und 337) mit verkippten Würfeleckenelementen, also mit Würfeleckenelementen der Orientierung C, C', D, D' vorgesehen. Diese Orientierungen sorgen wieder dafür, dass auch unter einem Beobachtungswinkel von 2° genügend Licht detektierbar ist. Da sowohl die Sektorengrenzen des Innenkreises als auch die Rotation der Würfeleckenelemente des Innenkreises um ihre Symmetrieachse um 30° gegenüber dem Außenkreis verschoben sind, kann auch unter einem Beobachtungswinkel von 2° eine von der Montagerichtung des Retroreflektors 301 unabhängige Lichtverteilung erzielt werden.
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5 zeigt eine regelmäßige Anordnung also ein Muster 401 von retroreflektierenden Strukturen 301 nach 4. Diese Anordnung kann beispielsweise über dem Fachmann bekannte Imprintverfahren auf eine Folie aufgebracht werden und einzelne erfindungsgemäße Retroreflektoren 301 können anschließend aus der Folie ausgestanzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 101, 201, 301
- Retroreflektor
- 401
- Muster von Retroreflektoren zur Verwendung in einer Folie
- 3, 103
- erster Sektor
- 5, 105
- zweiter Sektor
- 7, 107
- dritter Sektor
- 109
- vierter Sektor
- 21, 121, 221, 321
- Mittelpunkt
- 123, 223
- Sektorgrenze des ersten radialen Bereichs
- 125, 225
- Sektorgrenze des zweiten radialen Bereichs
- 31, 131, 231, 331
- erster radialer Bereich
- 33, 133, 233, 333
- zweiter radialer Bereich
- 335
- dritter radialer Bereich
- 337
- vierter radialer Bereich
- φ1
- Polarwinkel zwischen zwei Sektoren eines radialen Bereichs
- φ2
- Polarwinkelunterschied zwischen Sektorengrenzen verschiedener radialer Bereiche
- A
- Würfeleckenelemente erster Orientierung
- A'
- Würfeleckenelemente zweiter Orientierung
- B
- Würfeleckenelemente dritter Orientierung
- B'
- Würfeleckenelemente vierter Orientierung
- C
- Würfeleckenelemente fünfter Orientierung
- C'
- Würfeleckenelemente sechster Orientierung
- D
- Würfeleckenelemente siebter Orientierung
- D'
- Würfeleckenelemente achter Orientierung
