DE2234384C3

DE2234384C3 - Rückstrahlender, flächiger Markierungskörper

Info

Publication number: DE2234384C3
Application number: DE2234384A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dr. Vacallo Tessin Eigenmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-07-10
Filing date: 1972-07-10
Publication date: 1981-07-23
Also published as: US3781083A; FR2145554A1; AU4441872A; DE2234384B2; CH548035A; AU472974B2; FR2145554B1; DE2234384A1; IT1009505B; CA967929A; SE391586B; AT324890B; GB1367240A

Description

Die Erfindung betrifft einen rückstrahlenden, flächigen Markierungskörper mit an der Rückstrahlfläche herausragenden Glaskugeln und einer unterhalb dieser angeordneten Schicht kleinerer Kugeln.

Rückstrahlkörper dieser allgemeinen Art mit zwei unterschiedlich großen, im Sinn einer »Doppel-Fokussierung« zusammenwirkenden kugelförmigen optischen Elementen, welche eine gerichtete Rückstrahlung von einfallendem Licht im wesentlichen in sich selbst bewirken, sind beispielsweise aus der US-Patentschrift 3311441 bekannt. Der dort beschriebene Reflektor weist eine oder mehrere aus der Oberfläche des Reflektors hervorragende Glaskugel(n) größeren Durchmessers auf, unter denen mit Abstand oder anliegend eine auf einer reflektierenden Oberfläche angebrachte Schicht von Glasperlen kleineren Durchmessers angeordnet ist, wobei der Durchmesser der größeren Glaskugel(n) mindestens das 30fache des Durchmessers der kleinen Glasperlen beträgt.

Bei dieser bekannten Reflektorausführung besteht zwischen der unten liegenden Schicht aus kleineren Glasperlen und der bzw. den darüber befindlichen größeren Glaskugel(n) keine Halterungsverbindung. Bei Ausführung als Einzel-Rückstrahlelement mit nur einer Glaskugel ist daher im Rückstrahlelement eine seitliche Fassung für die Glaskugel erforderlich, welche die Glaskugel als Sitzfassung in einem größeren Bereich ihres Oberteils umschließt. Bei Ausführung als flächenhafter Reflektor mit größerer Flächenerstreckung hingegen sind bei der bekannten Anordnung als Hauptfokussierungselemente nicht einzelne Glaskugeln

vorgesehen, sondern eine zusammenhängende Glasplatte, die beidseitig nebeneinander liegende halbkugelförmige Vorsprünge aufweist, wobei die Glasplatte an ihrem Umfangsrand in einer eigens hierfür vorgesehenen Halterung des Reflektors gehalten wird.

Die Notwendigkeit einer Sitzfassung (bei Ausführung als Einzelelement) bzw. einer Randhalterung (bei Ausführung als Flächenreflektor) für die Glaskugeln) bei der bekannten Anordnung bedeutet nicht nur eine baulich-konstruktive Komplizierung und Einschränkung jeweils auf eine vorgegebene Konfiguration des Reflektors; vor allem wird durch die seitliche Halterungsfassung der Einzelkugel oder durch die Glasplatte die Rückstrahlung von unter großem Einfallswinkel (kleinem Winkel zur Oberfläche des Reflektors) beispielsweise streifend einfallendem Licht behindert, derart daß der bekannte Reflektor im wesentlichen nur für senkrecht oder beinahe senkrecht zur Reflektoroberfläche einfallendes Licht mit gutem Wirkungsgrad arbeitet, d. h. also bei Bestrahlung und Betrachtung des Reflektors im wesentlichen von oben (bei horizontaler Anordnung) oder von vorn (bei vertikaler Anordnung). Diese Einschränkung der bekannten Anordnung auf unter kleinem Einfallswinkel (großem Winkel zur Reflektorfläche) einfallendes Licht kommt auch in dem starken Größenunterschied zwischen den großen Kugeln und den kleinen Glasperlen bei der bekannten Reflektoranordnung zum Ausdruck; der Durchmesser der Glaskugel(n) beträgt das 30- bis 10Ofache des Durchmessers der Glasperlen.

Der Erfindung liegt daher als Aufgabe die Schaffung eines flächigen Rückstrahlermaterials zugrunde, das — ausgehend von dem Prinzip der gerichteten Rückstrahlung einfallender Lichtbündel im wesentlichen in sich selbst mittels der »Doppelfokussierung« durch relativ größere Glaskugeln in Kombination mit unterhalb diesen angeordneten kleineren Kugeln — ein hohes Rieht-Rückstrahlvermögen für unter einem großen Einfallswinkel (d. h. unter einem kleinen Winkel bezüglich der Reflektorebene) einfallendes Licht, insbesondere für streifend einfallendes Licht, besitzt und sich daher besonders als Markierungskörper für Zwecke der horizontalen Straßenverkehrsmarkierung eignet, bei welcher zur Gewährleistung einer guten Nachtsichtbarkeit von den Fahrzeugscheinwerfern her praktisch streifend einfallendes Licht (als einzige nennenswerte Beleuchtungsquelle) mit hohem Wirkungsgrad gcbündelt-gerichtet wieder in die Richtung des einfallenden Lichtbündels auf den Fahrzeugfahrer zu rückgestrahlt werden soll.

Zu diesem Zweck ist bei einem Markierungskörper der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zur Erzielung eines hohen gerichteten Reflexions-Vermögens für unter großem Einfallswinkel, insbesondere für streifend einfallendes Licht die Kugeln in einer durchsichtigen bzw. lichtdurchlässigen Bindemittelschicht eingebettet sind, deren Brechungsindex niedriger als der der größeren Kugeln ist und vorzugsweise zwischen 1,34 und 1,50 liegt, daß sich die Durchmesser der kleineren und größeren Kugeln vorteilhaft wie 1:10 verhalten, wobei die Durchmesser der größeren Kugeln zwischen 200 und 1200 μ und die der kleineren Kugeln zwischen 5 und 70 μ liegen, und daß der Brechungsindex der großen Kugeln zwischen 1,45 und 1,68 und der kleineren Kugeln zwischen 1,70 und 2,05 liegt.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Einbettung beider optisch wirkender Komponenten, d. h. der

größeren und der kleineren Kugeln, mit verschiedenen Brechungsindizes im Markierungskörper, wodurch in an sich bekannter Weise die gerichtete Rückstrahlung mittels »Doppelfokussierung« gewährleistet wird, wird der erwünschte hohe Wirkungsgrad für die gerichtete ^r> Rückstrahlung von praktisch streifend einfallendem Licht in einfacher und wirksamer Weise gewährleistet, bei geringstmöglichem Aufwand und einfacher Herstellbarkeit des Materials, ohne Beschränkung auf bestimmte vorgegebene Umfangskonfigurationen, wie dies bei in dem bekanrvfen Material durch die dort erforderliche seitliche Fassung bzw. Halterung der größeren Glaskugeln erforderlich ist Durch den erfindungsgemäß erzielten hohen Wirkungsgrad bezüglich Rückstrahlung von unter sehr großem Einfallswinkel, insbesondere ι ■> streifend, einfallendem Licht wird besonders die angestrebte Nacht-Fernsichtbarkeit des Markierungskörpers bei Verwendung als horizontale Straßenmarkicrung unter der Wirkung des von den Fahrzeugscheinwerfern ausgehenden Lichts erreich;. Das erfindungsgemäße Material ist jedoch nicht auf das Hauptanwendungsgebeit der horizontalen Straßenmarkierung beschränkt, sondern eignet sich überall dort, wo bei gutem Allgemein-Rückstrahlvermögen insbesondere auch ein hohes Rückstrahl vermögen für unter kleinerem Winkel bezüglich der Reflektorebene einfallendes Licht erwünscht oder erforderlich ist

Aus der österreichischen Patentschrift 2 69 690 ist die teilweise Einbettung von Mikrokügelchen mit Durchmessern von weniger als 200 μ, vorzugsweise weniger ^o als 75 μ und besonders bevorzugt 10 bis 15 μ, in einer Bindemittelschicht bekannt, wobei an der Unterseite der Kügelchen eine reflektierende Metallisierungsschicht vorgesehen ist. Bei diesem bekannten Material liegen somit nicht zwei Gruppen von optisch als '^r> Fokussierungskörpern wirkenden Kugeln unterschiedlicher Größe (Durchmesserverhältnis von 10 :1 zwischen den großen und den kleinen Kugeln) vor, sondern es handelt sich um ein Material mit nur einer optisch wirksamen Fokussierungskomponente in Gestalt von «o Mikrokügelchen. Dieses bekannte Material weist daher auch nicht die für die bestimmungsgemäße Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Materials wesentliche Doppelfokussierung auf.

Das erfindungsgemäße Markierungsmaterial mit der *5 angegebenen Kombination von Abmessungen der Kugelkomponenten und den angegebenen Werten der Brechungsinuizcs der verschiedenen Materialkomponenten, ist nicht nur in einfacher und hilliger Weise herstellbar, und beliebigen Anwendungsbedingungen, insbesondere den verschiedensten Umfangskonfigurationen anpaßbar; es besitzt auch eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Witterungseinflüsse und mechanische Beanspruchungen, wie sie insbesondere für ein Markierungsmaterial für Zwecke der horizontalen Straßenmarkierung wesentlich ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die an die größeren Kugeln angrenzende Schicht von kleine; en Kugeln muldenähnlich gewölbt ist, wobei der Krümmungsradius der Wölbung größer als der der Oberfläche der größeren Kugeln ist. Hierdurch wird der Tatsache Rechnung getragen, daß für eine Optimierung des optischen Wirkungsgrades der Abstand zwischen den kleineren Kügelchen und der Unterseite der zugeordne- *>⁵ ten großen Glaskugel mit zunehmendem radialem Abstand von der vertikalen Mittelachse der großen Kueel zunehmen soll.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kennzeichnet sich durch eine an sich bekannte reflektierende Schicht, die an der den großen Kugeln abgewendeten Seite der kleinen Kugeln anliegt.

Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, daß durch die Einbettung der Kugeln in die durchsichtige bzw. lichtdurchlässige Bindemittelschicht auf seitliche Halterungen der großen Glaskugeln verzichtet werden kann und somit auch die im kleinen Winkel zur Oberfläche auf die großen Kugeln auffallenden Lichtstrahlen durch die Doppelfokussierung und durch die muldenähnlich angeordneten kleinen Kugeln in annähernd gleichen Winkeln reflektiert werden.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigen die

Fig. IA, IB und IC jeweils schematisch im Schnitt den Auffall eines (Parallel-) Lichtbündels auf einen durchsichtigen kugelförmigen Körper, unter jeweils unterschiedlicher Einfallsrichtung' des Lichtbündels bezogen auf eine Tangentialebene der Kugelfläche in der Zone des Einfallspunktes,

Fig.2 gewissermaßen in Form einer Überlagerung der in den Fig. IA bis IC dargestellten Situation, die Reflexion mehrerer Lichtstrahlen an einer großen Kugel des erfindungsgemäßen Markierungskörpers, entsprechend dem Einfall von Lichtbündeln im Bereich einer und derselben Tangentialebene, jedoch unter unterschiedlichen Winkeln bezüglich der Oberfläche des Markierungsmaterials,

Fig.3 in stark vergrößerter schematischer Teilschnittansicht ein erfindungsgemäßes Rückstrahlermaterial,

Fig.4 in auseinandergezogener Darstellung die einzelnen Schichten und Komponenten des erfindungsgemäßen Materials aus F i g. 3.

In den Fig. IA, IB und IC wird eine Glaskugel Cvon im flachen Winkel einfallenden Lichtstrahlen bzw. Lichtstrahlenbündeln F, F' und F" getroffen. Die Glaskugeln C weisen einen Brechungsindex auf, der zwischen 1,45 und 1,68 liegt, wobd der optimale Wert etwa 1,50 bis 1,55 ist.

Die beinahe radial einfallenden Lichtstrahlen F in Fig. IA werden an einer weit außerhalb der Kugel liegenden Stelle P, die Lichtstrahlen F' in F i g. 1B werden an einer Stelle P' auf der Oberfläche der Kugel C und die nahezu tangential einfallenden Lichtstrahlen F" in Fig. IC an einer innerhalb der Kugel C befindlichen Stelle P" fokussiert. Dies weiteren läßt sich die Konvergenz der links aus der Kugel austretenden Lichtstrahlen Fund die Divergenz der Lichtstrahlen F' und F" beobachten. Um eine maximale Reflexion der einfallenden Lichtstrahlen zu erhalten, werden die in unterschiedlicher Weise aus der Kugel C austretenden Lichtstrahlen in an sich bekannter Weise nochmals fokussiert und dann an einer Schicht R, R', R" reflektiert, so daß sie etwa in ihren Einfallsrichtungen aus der Kugel Cwieder austreten.

Dies wird bei den verschiedenen in den Fig. IA, IB und IC wiedergegebenen Beleuchtungsbedingungen durch die Anordnung von wesentlich kleinen Kugeln L, L', L", die jeweils zwischen den reflektierenden Schichten R, R' und R" und den großen Kugeln C angeordnet sind, erreicht, wobei der Brechungsindex der kleinen Kugeln L, L', L"zwischen 1,7 und 2,05 liegt. Hieraus wird auch ersichtlich, daß der Abstand der kleinen Kugeln L, L', L"von den großen Kugeln C sich

nach dem Einfallswinkel zwischen den Lichtstrahlen F, F', F" und der Oberfläche der Kugel C richtet, d. h. daß sich der Abstand der Kugeln L, L', L" zur Oberfläche der großen Kugeln Cmit dem Abstand der Kugeln L, L', L"zm Achse A (F i g. 2) ändert.

Die F i g. 2 zeigt die Reflexion mehrerer Lichtstrahlen F, F', F" gem,iß den Fig. IA, IB und IC, deren Einfallsrichtung jedoch so verändert ist, daß sie denselben Eintrittspunkt in die Kugel C aufweisen, wobei der Eintrittspunkt in einer parallel zur Oberfläche Sdes Markierungskörpers verlaufenden Tangentialebene liegt. Die große Kugel C steht zum Teil aus der Oberfläche S vor und bildet so eine, durch die Lichtstrahlen F, F', F" beleuchtete Kalotte Ca. Die Lichtstrahlen F, F', F" treffen auf die Kalotte Ca im Winke! S, B', S" zur Oberfläche S bzw. zu der zur Oberfläche 5 parallelen Tangentialebene an die Kugel C auf.

Die kleineren Kugeln L, L', L" und die jeweiligen reflektierenden Schichten R, R', R" weisen unterschiedliche Abstände von der Oberfläche der Kugel C entsprechend ihren Abständen von der Achse A auf und sind wellen- bzw. muldenartig angeordnet, wobei die Kugeln L, L', L" selbstverständlich nicht nur in einer Reihe, sondern gleichmäßig auf einer Raumfläche verteilt unter der Kugel C angeordnet sind. Der Lichtstrahl F" zeigt in der Darstellung der F i g. 2 die charakteristischen Verhältnisse bei streifender Beleuchtung einer Kalotte Ca, die aus einer Oberfläche S eines Markierungskörpers vorsteht, z. B. eines in beliebiger Lage angeordneten Verkehrszeichens. Dabei entsteht eine überraschend intensive und annähernd in der Einfallsrichtung erfolgende Lichtreflexion durch die vollständige Ausnutzung der Doppelfokussierung bei einem beliebigen Einfallswinkel.

Ein schematischer Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Markierungskörper ist in F i g. 3 dargestellt. Der MarUierungskörper besitzt eine heterogene Struktur und weist eine Schicht großer Kugeln 10 auf, die der in F i g. 2 dargestellten Kugel C entsprechen, wobei diese Kugeln 10 größtenteils in einer aus einem durchsichtigen bzw. lichtdurchlässigen Bindemittel bestehende Schicht 12 eingebettet sind, dessen Brechungsindex niedriger als der der großen Kugeln 10 ist und vorzugsweise zwischen 134 und 1,50 liegt.

Aus der Oberfläche S der Bindemittelschicht 12 stehen die Kugeln 10 vor und bilden Kalotten, auf die die Lichtstrahlen auftreffen. Mit Fc ist ein streifend einfallendes Lichtbündel bezeichnet, dessen Lichtstrahlen die Kalotten der großen Kugeln 10 treffen, wobei die Lichtstrahlen in jeder einzelnen Kugel 10 entsprechend dem Lichtstrahl F" in den Fig. IC und 2 gebrochen werden. Unter den Kugeln 10 ist eine Schicht 14 wesentlich kleinerer Kugeln 16 angeordnet die beispielsweise mit einer dünnen Schicht eines Klebemittels 18 (F i g. 4) auf einer reflektierenden Schicht 20, z. B. auf einer Aluminiumfolie, angebracht sind. Als Unterlage dient eine aus einem Harz bestehende Schicht 22.
^r> Für die reflektierende Schicht 20 kann die Aluminiumfolie sowohl vorgeprägt sein, als auch erst unmittelbar bei der Herstellung durch die Anpressung der kleinen Kugeln 16 entsprechend geformt werden.
Der sich mit dem Abstand zur Achse A ändernde

κι Abstand der kleinen Kugeln 16 zu den großen Kugeln 10 hängt selbstverständlich von verschiedenen Faktoren, insbesondere von den Brechungsindizes der Kugeln und der durchsichtigen Bindemittelschicht 12 ab. In einer einfachen Ausführung können die kleinen Kugeln 16 im

ι^r) wesentlichen entsprechend einer zu den Kugeln 10 etwa tangentialen Ebene angeordnet sein. Die optische Wirkung wird aber bedeutend verbessert, wenn die kleinen Kugeln 16 wie in F i g. 3 gezeigt wellen- bzw. muldenartig angeordnet sind, d. h. durch die Anordnung der kleinen Kugeln 16 mit verschiedenen Abständen zur Oberfläche S, wobei jeweils der Krümmungsradius der Welle bzw. Mulde größer als der Krümmungsradius der großen Kugeln 10 und in Abhängigkeit von den optischen Parametern der Kugeln 10 und 16 und der

?^r> Bindemittelschicht 12 ist. Eine derartige Anordnung kann bei der Herstellung dadurch erreicht werden, daß die verschiedenen, in der in Fig.4 dargestellten Reihenfolge übereinander liegenden Schichten in einen oder mehreren Arbeitsgängen auf die unten liegende

i" Schicht 22 gepreßt werden, wenn letztere noch eine genügend große Plastizität aufweist und ihre Aushärtung noch nicht abgeschlossen ist.

Vorzugsweise werden große Kugeln 10 mit Durchmessern zwischen 200 und 1200 μ und kleine Kugeln 16

i'i mit Durchmessern der kleinen Kugeln 16 zwischen 5 und 70 Mikron, wobei der Durchmesser der kleinen Kugeln im Verhältnis 1 :10 kleiner ist als der der großen Kugeln 10, verwendet

Falls der Markierungskörper für Verkehrszeichen,

■ω Aushängeschilder, Plakate od. dgl. verwendet werden soll, die im wesentlichen lotrecht angeordnet sind, die also mechanischen Einwirkungen nicht unterworfen sind, können die aus der Oberfläche S vorstehenden größeren Kugeln 10 und die Oberfläche 5 der

r> Bindemittelschicht 12 selbst durch einen Klarlack oder durch eine dünne Harzbeschichtung geschützt werden.

Hierbei werden zur Berücksichtigung des Brechungsindex des Oberflächenschutzes, wobei die Einheit durch den mittleren Brechungsindex der Luft gegeben ist

■μι vorstehend angegebene Brechungsindizes der kleinen Kugeln 16 und gegebenenfalls der Bindemittelschicht 12 proportional verändert, um die gewünschte primäre Fokussierung der großen Kugeln IO und sekundäre Fokussierung der kleinen Kugeln 16 zu erhalten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Rückstrahlender, flächiger Markierungskörper mit an der Rückstrahlfläche herausragenden Glaskugeln und einer unterhalb dieser angeordneten Schicht kleinerer Kugeln, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung eines hohen gerichteten Reflexionsvermögens für unter großem Einfallswinkel, insbesondere für streifend, einfallendes Licht die Kugeln (C, 10; L, 16) in einer durchsichtigen bzw. lichtdurchlässigen Bindemittelschicht (12) eingebettet sind, deren Brechungsindex niedriger als der der größeren Kugeln (C, 10) ist und vorzugsweise zwischen 1,34 und 1,50 liegt, daß sich die Durchmesser der kleineren und größeren Kugeln (L, 16; Q iO) vorteilhaft wie 1 :10 verhalten, wobei die Durchmesser der größeren Kugeln zwischen 200 und 1200 μ und die der kleineren Kugeln zwischen 5 und 70 μ liegen, und daß der Brechungsindex der großen Kugeln (C, 10) zwischen 1,45 und 1,68 und der kleineren Kugeln (L, 16) zwischen 1,70 und 2,05 liegt.

2. Rückstrahlender, flächiger Markierungskörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an die größeren Kugeln (C, 10) angrenzende Schicht von kleineren Kugeln (L, 16) muldenähnlich gewölbt ist, wobei der Krümmungsradius der Wölbung größer als der der Oberfläche der größeren Kugeln (C 10) ist

3. Rückstrahlender, flächiger Markierungskörper nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte reflektierende Schicht (20), die an der den großen Kugeln (Q 10) abgewendeten Seite der kleinen Kugeln (L, 16) anliegt.