DE2360931A1

DE2360931A1 - Reflexfolie

Info

Publication number: DE2360931A1
Application number: DE2360931A
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Schwab
Original assignee: D Swarovski KG
Current assignee: D Swarovski KG
Priority date: 1972-12-15
Filing date: 1973-12-06
Publication date: 1974-06-20
Also published as: US3963309A; AT332763B; JPS50112053A; ATA1074572A

Description

DR.-ING. WOLFF. H. BARTELS
DIPL-CHE¹A DR. RER. NAT. BRANDES
DR.-ING. MELD, DIPL.-PHY3. WOLFF
STUTTGART 1, LANGE STRASSE 51

D. Swarovski & Co.; Glasschleiferei in Wattens (Tirol, Österreich.)

Reflexfolie

Es sind Reflex-Folien"bekannt, die auffallendes Licht mit einer geringen Streuung von ca. 2' - 5° in die Einfallsrichtung zurückwerfen. Derartige folien weisen eine einlagige Schicht von hochbrechenden Glaskugeln, den sogenannten Hochindex-Reflex-Perlen auf. Diese bleiben vorne entweder offen oder werden mit einer Lackschicht abgedeckt. Erstere werden allgemein als Regular-Folien, letztere als Flat-top Folien bezeichnet. Regular-Folien werden aus Hochindexreflexperlen mit einem Brechungsindex von ca. 1,9 hergestellte Die hinteren Hemisphären der Hoehxndexreflexperlen sind entweder verspiegelt oder die Kügelchen werden in eine, metallisches Flockenpigment enthaltende, Polsterschicht eingebracht. Bei Flat-top Folien werden Hochindexreflexperlen mit Brechungsindex >2,1 verwendet (normalerweise ca. 2,3). Wäre es möglich, Hochindexreflexperlen mit Brechungsindex 2,9 herzustellen, so könnte bei Flat-top Folien ebenso wie bei Regular-Folien die Spiegelschicht direkt auf die Kugelrückseiten aufgebracht werden. Da dies aber bisher nicht möglich ist, muß aus optischen Gründen eine Distanzschicht bestimmter Dicke konzentrisch um die Kugelrückseiten gelegt werden, auf die dann die Spiegelschicht

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aufgebracht wird. Die Herstellung derartiger Reflexfolien ist äußerst schwierig und wegen des mehrschichti- · gen Aufbaues mit hohen Kosten verbunden. Die Reflexionswerte der bekannten Reflexfolien liegen noch weit unter jenen, wie sie mit Rückstrahlerprodukten, die nach dem Trippelprismen-System gebaut sind, erreicht werden. Ebenso übertreffen Katzenaugen-Reflektoren aus Glas die Reflexwerte von Reflexfolien.

Ursachen der geringen Reflexion sind einerseits die unvollkommene Flächenbelegung, weil die Kügelchen entweder elektrostatisch oder durch bloßes Aufschütten aufgebracht werden und anderseits die durch die Kugeloptik bedingte sphärische Aberration, die zu einer unerwünschten Streuung führt. Bei Flat-top Folien kommt noch der Unterschied in der Distanz zwischen Perlen und Spiegelschicht sowie der Durchmesser der verwendeten Hochindexreflexperlen hinzu. ^l

Bei der Herstellung farbiger Reflex-Folien kommen noch Schwierigkeiten hinzu. Z.B. lassen sich hinten verspiegelte Regular-Folien überhaupt nicht farbig herstellen. Bei den Flat-top Folien ist die Erreichung des gleichen Farbeindruckes bei !lacht und bei Tageslicht schwierig.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es, die beschriebenen Nachteile bei gleichzeitiger Verringerung der Herstellkosten zu beseitigen.

Srfindungsgemäß wird dies bei einer Reflexfolie, die auf ihrer Rückseite verspiegelt ist, dadurch erreicht, daß ihre Vorderseite sowie ihre Rückseite mit aneinandergereihten konvexen Linsenflachen versehen sind, die Achse der vorderen und die der hinteren Linsenflächen jeweils zusammenfallen und der Brennpunkt der von der vorderen linsenfläche begrenzten Linse in der hinteren Linsenfläche liegt. Es ist vorteilhaft, die vordere Lin-

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senfläche asphärisch, vorzugsweise als Drehellipsoidflache auszubilden»

Die Erfindung ist auf weitere bauliche

Ausgestaltungen der Reflexfolie sowie auf deren Herstellungsverfahren gerichtet. ' , - .

In der Zeichnung ist die Erfindung in mehreren beispielsweisen Ausführungsformen dargestellt. Es zeigen .

I¹Ig. 1 einen stark vergrößerten Schnitt durch die Reflexfolie, \ . "■"-■-■..■"'■ Pig.2 einen weiteren Schnitt durch eine Folie anderer Ausführungsform und die

Pig.3 und -

Pig.4 Polien in "Draufsicht. -

Die Lichteintrittsfläche besteht aus einer Vielzahl aneinandergereihter Linsenflachen 1. Diese sind Teile eines Drehellipsoids, dessen große Achse a senkrecht zur Plächenerstreckung der Polie steht.. Durch die kleine Achse b ergibt sich die Exzentrizität e der Ellipse, In diesem Abstand befinden sich die beiden' Brennpunkte P₁, Pp vom Mittelpunkt 0.. Wird das Verhältnis von -g- = η gemacht, so sammeln- sich die parallel zur Achse a einfallenden Lichtstrahlen im Brennpunkt Pp. Wird" an dieser Stelle ein Spiegel angebracht, so werden die Lichtstrahlen an ihm reflektiert und verlassen in der Richtung der optischen Achse, die mit der Richtung der großen Hauptachse a des Ellipsoids übereinstimmt, das Element.

Durch ein derartiges System wird einfallendes Licht annähernd ohne Streuung in die Einfallsrichtung zurückgeworfen. Dies ergibt bei'der Standardmeßmethode 5,0° Beobachtungswinkel und 1/3° Streuwinkel mehr als 200 fo Refl'exionsgewinn. Bei großem Beobachtungswinkel (z.B. 30°) fallen die Lichtwerte perzentuell mehr ab als

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"bei Kugellinsen, liegen absolut gesehen dennoch über den entsprechenden Werten der sphärischen Reflektoren.

Um über größere Beobachtungswinkel optimale Reflexion zu erhalten, werden die Rückseiten der Elemente sphärisch ausgebildet, wobei der Radius dieser hinteren Linsenfläche im wesentlichen dem Abstand vom Mittelpunkt R des Scheitelkrümmungskreises der vorderen linsenfläche zum Brennpunkt F₂ entspricht. Der günstigste Wert für den Radius der hinteren sphärischen Linsenfläche wurde aus praktischen Versuchen ermittelt und ist etwas kleiner als dieser Abstand I - Pp·

Um Lichtverluste so gering wie möglich zu halten, sollen die vorderen und hinteren Linsenflächen dicht aneinander stoßen. Die Teilung T, mit der die einzelnen Elemente geordnet sind, hängt von der gewählten Dicke D der Folie und dem Brechungsindex des verwendeten Materials ab. Vorzugsweise gilt

D = a + e
b-^ T ^ 1 ,7 b .

Es sind bereits Reflexfolien ohne Glaskü-

gelchen bekannt. Diese Folien beruhen auf dem Prinzip des Trippelspiegels.

Die Schwierigkeit bei diesem System liegt

darin, daß trotz der Kleinheit der Trippel 'absolute Planheit der Flächen - weil Spiegelsystem - verlangt wird. Dies ist aber bisher nur bei Spritzgußfertigung mit langen Zuhaltezeiten (bis zu 20 s) erreichbar und nicht durch Thermoformung eines Kunststoffes. Schon geringe Abweichungen in der Planheit bzw. kleine Winkelfehler der. Trippelspiegelflächen bewirken bereits, weil bei Spiegeln jeder Fehler ja verdoppelt wird, große Streuung des reflektierten Lichtes und führen so zu unzulässigen Reflexionsverminderungen.

Bei der gegenständlichen Erfindung kann mit

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einem Thermoformungsprozeß das gewünschte Ziel erreicht werden, weil hier die optisch wirksamen Teile. Linsen und nicht Planspiegel sind. -. .

Die erfindungsgemäße Reflexfolie kann wie folgt hergestellt werden. Eine vorgefertigte, thermoplastisch verfo-rmbare Kunststoff-Folie von "bestimmter Dicke wird durch eine infrarotbeheizte Zone und/oder durch heiße Luft in den gewünschten thermoformbaren Zustand gebracht und zwischen zwei entsprechend geformte Präge-Walzen durch Thermoformung zur Linsenfolie geformt.

Eine der Prägewalzen trägt an der Oberfläche die Struktur der Vorderseite (asphärische Linsenflächen), die andere die Struktur der Rückseite (sphärische Linsen-flächen). . ■ ,

Die Prägewalzen sind in definiertem Abstand zueinander angeordnet und drehen sich synchron in einander entgegengesetzter Richtung, u.zw. so, daß die optischen Achsen der Linsenflächen der Vorder- bzw. Rückseite zusammenfallen. Unmittelbar nach der Thermoformung erfolgt eine Abkühlung„ Teils durch die gekühlten Walzen selbst, teils durch kalte Luft oder Kühlflüssigkeit.

Die Rückseite der Folien wird in bekannter Weise mit einer Spiegelschicht versehen, z.B. durch Bedampfen in Hochvakuum, und eine Kleberschicht.aufgebracht. Diese wird mit einem Adhäsiv-beschichteten Papier abgedeckt.

Anstelle der Erwärmung der Folien mittels Infrarotbestrahlung oder warmer Luft kann auch eine Beschallung mittels Ultraschallwellen treten. Zweckmäßig ist, wenn eine der Prägewalzen in Schwingungen versetzt wird, die senkrecht zur Folienfläche gerichtet sind und deren Frequenz im Ultraschallbereich liegen. Hier tritt sodann die Umwandlung der Folien in den verformbaren Zustand im Walzenspalt ein.

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Die bekannten weit verbreiteten glatten Kunststoff-Folien werden durch Gießen mit Hilfe eines Gußschlitzes hergestellt. Es hat sich gezeigt, daß. die Dicke dieser Folien überraschend gleichmäßig ist» Diese Eigenschaft kann erfindungsgemäß dadurch ausgenützt werden, daß durch Aufg.ießen einer aus einem Gußspalt austretenden Kunststoffmasse auf den vorderen Linsenflächen bzw. den hinteren Linsenflächen entsprechenden, negative Oberflächenstruktur aufweisende, relativ zum Gußspalt bewegte Gußbetten, z.B. rotierende Trommeln größeren Durchmessers, zunächst Teilfolien hergestellt werden, von denen die einen die vorderen und die anderen die hinteren Linsenflächen aufweisen. Hierauf werden die beiden Teilfolien durch Kleben miteinander verbunden. . Hiebei ist streng darauf zu achten, daß die optischen Achsen der vorderen Linsenflächen mit denen der-hinteren Linsenflächen übereinstimmen.

Bei der Herstellung der Teilfolien kann der Gußspalt über ein ebenes Gußbett geführt v/erden oder es wird eine Trommel, deren Mantelfläche entsprechend mit Vertiefungen versehen ist, unterhalb eines Gußspaltes in Drehung versetzt. Bei genügend großem Trommeldurchmesser ergibt sich eine einwandfreie, ebene .Kückseite der Teilfolien, die nach Zurücklegung einer hinreichenden Strecke auf der Trommel von dieser abgezogen wird. Selbstverständlich sind auch die Trommel und das ebene Gußbett gekühlt. Zusätzlich kann ein aufblasbares oder aufsprühbares, gasförmiges bzw. flüssiges Kühlmittel angewendet werden.

Die Herstellung von Parbreflexfolien erfolgt in einfachster Weise durch Verwendung von bereits gefärbten, glatten Kunststoffolien. Wird die Folie in der vorstehend beschriebenen Weise durch Gießen hergestellt, so ist die Kunststoffmasse zu färben.. Bei Verwendung von

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Farbpigmenten läßt sich eine höhere Lichtechtheit erreichen als bei Anwendung löslicher Farbstoffe. Es ist aber auch möglich, aus farblosen Kunststoffmassen hergestellte Reflexfolien durch Bedeckung der vorderen Linsenflächen mit einem dünnen, färbigen Lack zu-färben. Das gleiche' gilt für die hinteren Linsenflächen, wobei 'die Spiegelschichte auf den Lacküberzug aufgebracht wird. .

Die optischen Elemente sind vorzugsweise in

Reihen angeordnet. Hiebei bildet eine quadratische Teilung der Folie die günstigste Lösung. Werden die Elementreihen zueinander versetzt, so eignet sich eine sechseckige Begrenzung der Linsenflächen besonders gut. Wird eine geringe Herabsetzung der Reflexwirkung in Kauf,-genommen, so ' ■ können zwischen den .Linsenflächen Zwischenflächen einge-. schaltet werden. Dies ist besonders dann zu empfehlen, wenn dadurch der Herstellungsvorgang verbilligt werden kann. - -

Die Herstellung der Walzengußbetten und Trommeln kann beispielsweise auf galvanischem Wege erfolgen. Von einem kleinen Mutterwerkze-ug, das durch Erodieren hergestellt wird, werden beliebig viele Kunststoffabgüsse hergestellt, zu einer großen Platte, zusammengefügt .und mit einer leitenden Schicht versehen. Von dieser. Platte werden dann Galvanos hergestellt, die in bekannter Weise auf die Walzen oder Trommeln aufgebrächt oder mit einer ebenen Platte zum Gußbett verbunden werden. Es ist aber auch'möglich, der gesamten Oberfläche einer Walze der.Gießtrommel oder eines Gießbettes durch Erodieren die gewünschte Gestaltung zu geben.

Die erfindungsgemäße Folie weist eine grössere Wetterbeständigkeit als die bekannten'Folien auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß sie nur aus drei Schichten,, nämlich der Folie, dem Spiegel und der Klebsehichte besteht, gegenüber den bekannten Folien, die aus sieben bis neun Schichten aufgebaut sind.

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In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Folie 1 dargestellt, die am der Vorderseite mit Stegen 2 versehen ist, welche netzartig gemäß der Pig.3 oder 4 verlaufen. Zwischen den Stegen befinden sieh die in Fig.1 dargestellten Linsenflächen 3. Die Rückseite ist mit den Linsenflächen 4 und einer Spiegelschicht 5 versehen. Die Vorderseite der Folie ist mit einer zweiten Folie 6 abgedeckt, die mit den Stegen verschweißt oder verklebt ist. Die Stege 2 überragen die Linsenflächen 3, weil zwischen der Deckfolie 6 und den Linsenflächen 3 sich aus optischen Gründen Luft befinden muß. Die zusammengesetzte Folie hat sodann die Reflexeigenschaften einer Flat-top Folie.

An Stelle von Stegen können auch kurze Vorsprünge ausgebildet sein, die sich an den Kreuzungspunkten des Netzes befinden. Die Stege können miteinander Rhomben, Dreiecke, Vierecke, Sechsecke u.dgl. bilden.

In den Fig.3 und 4 sind die Linsenflächen 3 in Form kleiner Kreise angedeutet. Da diese Flächen jedoch aneinanderstoßen, weisen sie mehreckigen Grundriß auf. Aus Darstellungsgründen sind die Breite der Stege und der Durchmesser der Linsenflächen 3 in den Fig. 3 und 4 gegenüber der Länge der Stege übertrieben groß gezeichnet.

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Claims

P at e η t a. η s ρ r ü c he

(1. !Reflexfolie, die auf ihrer Rückseite verspiegelt isflJnd deren Vorder- sowie ihre Rückseite mit nebeneinander angeordneten konvexen Linsenflächen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen Linsenfla- chen asphärisch, vorzugsweise Teile Von Drehellipsoidflächen sind, die Achsen der vorderen und der hinteren linsenflächen jeweils zusammenfallen und der Brennpunkt der von der vorderen Linsenfläche "begrenzten Linse für axial einfallendes Licht in der hinteren Linsenfläche oder annähernd in dieser liegt. *
2. Folie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet', daß die hintere Linsenfläche eine Fresnellinsenfläche ist.
3. Folie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenflächen an der-Vorder- und Rückseite der Folie lückenlos aneinander grenzen.'
4. Folie nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß an der Vorderseite der Folie im Abstand von mehreren Linsenflächen Vorsprünge wie netzartig angeordnete Stege od.dgl. vorgesehen sind, deren Höhe.die der Linsenflächen übersteigt, und eine Abdeckfolie vorgesehen ist, die mit den Vorsprüngen verbunden, z.B. verklebt ist.
5. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis' 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie aus zwei miteinander verklebten Teilfolien aufgebaut ist, von denen die eine mit den vorderen und die andere mit den hinteren Linsenflächen versehen ist. ·
6. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff, aus dem die Folie, eine oder beide Teilfolien bestehen, vorzugsweise .mittels Farbpigmenten gefärbt ist.
7. Folie nach einem der Ansprüche 1 bis5, dadurch gekennzeichnet, daß die Linsenflächen der Vorder- oder

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Rückseite mit einem gefärbten, vorzugsweise Farbpigmente enthaltenden Lack bedeckt sind.·
8. Verfahren zum Herstellen einer Reflex-Folie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kunststoffolie auf Verformungstemperatur gebracht und zwischen zwei synchron, in entgegengesetzter Richtung eintretende Prägewalzen, die eine den vorderen Linsenflächen bzw. den hinteren Linsenflächen entsprechende negative Oberflächenstruktur aufweisen, geführt und dort geformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie durch Ultraschall im Walzenspalt in einen verformbaren Zustand gebracht wird.
10. Verfahren zum Herstellen einer ^xteflex-Polie gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufgiessen einer aus einem Gußspalt austretenden Kunststoffmasse auf den- vorderen bzw. hinteren Linsenflächen entsprechende negative Oberflächenstruktur aufweisende, relativ zum Gußspalt bewegte Gußbetten, z.B. rotierende Trommeln großen Durchmessers, zunächst c^e vordere bzw. hintere. Teilfolie hergestellt und anschließend aurch Kleben miteinander verbunden werden. ·- ".
11. Verfahren zur Herstellung der zur Durchführung der Verfahren gemäß Anspruch 7 oder 8 erforderlichen Prägewalzen bzw. der Gußbetten, dadurch gekennzeichnet, daß von einem, einer Anzahl von Linsenflächen entsprechenden Mutterwerkzeug, Kunststoffabgüsse hergestellt, diese zu einer Platte zusammengefügt und mit einer leitenden Schicht versehen werden und dann die hievon hergestellten Galvanos auf die Walzen bzw. Gußbetten aufgebracht werden.

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