DE2414045A1

DE2414045A1 - Rueckreflektierendes element, insbesondere fuer strassenmarkierung

Info

Publication number: DE2414045A1
Application number: DE2414045A
Authority: DE
Inventors: Ludwig Eigenmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-03-21
Filing date: 1974-03-21
Publication date: 1974-10-03
Also published as: DE2414045C2; IT1045337B; AU6698274A; US3964820A; ATA227174A; FR2222490A1; FR2222490B1; JPS5027495A; CH567630A5; NL7403875A; GB1463574A; CA994309A; BE812629A; AT351972B

Description

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"Rueckreflektierendes Element, insbesondere fuer Strassen-Diarkierung." .

Anmelder und Erfinder:

13eruf:

Ludwig,

Schweizerbuerger industrieller Ohemiker in VAGALLO, Kanton !Eessin, Schweiz.

Es wird die Prioritaet einer italienischen Patentanmeldung vom ^1.3.1973 Sr. 21913 A/73 beansprucht.

Die Erfindung betrifft ein Element zur Verwendung, vorzugsweise zusammen mit einer Vielzahl von weiteren aehnlichen Elementen, um den Uberflaechen von Strassenmarkierungsmitteln die.Eigenschaft zu verleihen, Lichtstrahlen wesentlich in die der ■jüinfall-ilichtung entgegengesetzte Richtung zu reflektieren. Insbesondere ist das erfindungsgemaesse Element dazu bestimmt, unter .Bedingungen teilweiser Durchdringung in einer Schicht verwendet zu werden, die zum Beispiel eine auf eine Strassen~ oberflaeche aufgetragene Markierung,(wie eine Verkehrsteilung oder andere iuarkierung) die durch das Licht an ihrefii ueber die überflaeche dieser Schicht vorstehenden Teil betroffen werden kann.

Das erfindungsgemaesse Element weist die vorteilhafte Eigenschaft auf, das aus jeglicher Richtung stammende, auch aus

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einen sehr kleinen Winkel mit der Cberflaeehe der diese Elemente einbauenden Schicht bildend stammende Licht zu reflektieren. Diese Beleuchtungsbedingung ist durch den Fall charakteristisch dargestellt, dass eine, beispielsweise auf einer Strassenoberflaeche gebildete Karkierüng durch das von den Scheinwerfern eines Fahrzeuges abgegebene Licht ausschliesslich oder fast ausschliesslich beleuchtet wird und die natuerlich durch den Fahrer des Fahrzeuges selbst von einer erheblichen Entfernung (zum Beispiel von 100 m) vor dem Fahrzeuge beobachtet werden kann· Diese Beleuchtungsbedingungen sind bei den Nachtstunden sehr wichtig und werden gemeinsam als "rasantes Licht¹¹ bezeichnet. Das Problem einer guten Sichtbarkeit dieser Markierungen ist von grosser Bedeutung und einige Loesungen sind durch denselben Anmelder vorgesehlagen. Die meist charakteristische und hypothetisch die meist rationelle dieser Loesungen ist zum Beispiel in der belgischen Patentschrift 765 884 (entsprechend der franzoeeischen Patentanmeldung 2 086 257 und der deutschen Patentanmeldung P 212 0328.1) beschrieben worden. Diese Loesung sieht die Verwendung von rueckatrahlenden (oder "rueckkolliaierenden¹¹) Elementen vor, die je durch eine durchsichtige Glaskugel gebildet sind, deren Brechungsindex derart ist, dass er die auf eine Zone ihrer Oberflaeche an einer derselben Oberflaeche annaehernd entgegengesetzten

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Stelle einfallenden Lichtbuendel fokussiert, sowie durch eine Schicht von kleineren, an der genannten.Hauptkugel anhaftenden Kuegelchen (ausser an ihrer Kalotte, die dem Einfall-Licht ausgesetzt werden soll) und. deren Brechnungsindex derart ist, dass eine zweite und aehnliche Fokussierung erzielt werden kann. Diese kleineren Kuegelchen sollen mit der Hauptkugel durch ein harziges Bindemittel verbunden werden, dessen Brechungsindex geeignet werden soll, um die erforderlichen Ableitungen und Pokussierungen der zwischen dem einen und dem ■ andern der anliegenden durchsichtigen Bestandteile durchgehenden Strahlen zu erzielen·

Um die gewuenschten Erscheinungen von Doppelfokusserung und Rueckkollimation der Lichtstrahlen zu erreichen, ist es erforderlich, Glaeser mit sehr hohen Brechungsindex zu verwenden, insbesondere zur Bildung der kleineren Kuegelchen (die die Lichtstrahlen von einem durchsichtigen, schon mit hohem Brechungsindex versehenen Bestandteil erhalten). Ausser dem hohen Kostenpreis von glasigen Materialien mit hohem Brechungsindex und ihrem einfachen Brechen und Yeraenderung unter den mechanischen Beanspruchungen und den Umgebungs-Bedienungsverhaeltnissen hat sich die Verwendung von mit hohem Brechungsindex versehenen kugelfoermigen Elementen fuer sehr schaedlich gezeigt, weil der Groesstteil des Einfall-Lichtes durch oberflaechliche Reflexion zerstreut

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wird, wenn solches Licht deren Oberflaechen unter grossen Einfallwinkeln trifft.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Bildung von rueckreflektierenden Elementen fuer die in den vorveroeffentlichten Patentschriften genannten Anwendungen (worauf Bezug genommen wird wegen einer besseren Kenntnis des frueheren Standes der Technik), die keine Nachteile und Beschraenkungen der frueher vorgeschlagenen karkierungsmittel aufweisen. Erfindungsgemaess ist das neuartige Element dadurch gekennzeichnet, dass es durch einen durchsichtigen kugelfoermigen Koerper gebildet ist, dessen Inneres Bedingungen substanzieller optischer Gleichartigkeit aufweist - d.h. einen an jeder Stelle substantiell gleichen Brechungsindex aufweist - der geeignet ist, um eine kugelfoermige Kalotte an seinem Teil zu formen, die unter Verlegungs— und Betriebsbedingungen dem rueckzureflektierenden Einfall-Licht ausgesetzt ist, waehrend der genannte Koerper auf der substantiellen Totalitaet seiner weiteren Teile eine Vielzahl von kleinen als kugelfoermige Kalotte, nach innen konkav ausgebildeten Oberflaechen umfasst, deren Winkeloeffnung zwischen 90· und I8ü^e, vorzugsweise zwischen 120° und 180° eingeschlossen ist, die mit einer noch nach innen stark reflektierenden Schicht bekleidet sind. Ein derartiges Element kann aus (insbesondere mit Kompound-Struktur wie weiters noch beschrieben sein wird) durchsichti;.en,

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glasigen oder auch harzigen Materialien mit relativ niedrigem Brechungsindex, wie zum .Beispiel aus handelsüblichem "Fensterglas" (das sehr billig und den mechanischen Wirkungen und Um^ebungsverhaeltnissen sehr widerstandsfaehig bekanntlich ist, zum Beispiel mit einem zwischen 1,45 und 1,65 eingeschlossenen Brechungsindex gefertigt werden kann, iatsaechlich ist die Aufgabe des durchsichtigen Liaterials lediglich diejenige, die auf seine kugelfoermige nach dem Innen des durchsichtigen Koerpers ausgesetzte Kalotte einfallenden Lichtstrahlen gegen die reflektierenden.muldenfoermigen Kugeloberflaechen zu brechen. Ss wird die optische Eigenschaft dieser muldenfoermigen Kugeloberflaechen ausgenutzt, um mindestens einem Teil der Strahlen eine vielfache Reflexion aufzuerlegen, die zu einer Umlenkung um 18O° ihrer Richtung fuehrt, wobei sie auf der Einfall-Richtung parallele und naechstliegende Sichtung, jedoch im umgekehrten Sinne auf der gleichen Zone der ausgesetzten Zone umgelenkt werden und wobei diese Lichtstrahlen bei Durchlaufen ihrer Überflaeche wieder gebrochen und nach der Lichtquelle hin geleitet werden, die sie abgegeben hat*

Unter Verwendung eines Koerpers substantiell optischer Gleichartigkeit und mit einem geringen Brechungsindex erhaelt man eine minimale Verschwendung der Lichtstrahlen durch innere oder aeussere Reflexion in die fuer die Gesamtrueckreflexion

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niclit gewuenschten Richtungen und auoserdem erhaelt man die Rueckreflexion von diese Kalotte auch unter auf Sü° sehr naheliegenden 'tfinkeln treffenden Strahlen. Diese und noch weitere spezifische Merkmale der Erfindung, sowie noo^liche technische fuer dere.. . Verwirklichung vorgesehene Loesungen lassen sich aus der folgenden ausfuehrlichen Beschreibung an Hand der beigefuegten Zeichnungen deutlich erkennen· Es zeigen:

- Fig· 1 in wesentlich schematischer Form, im diametralen Schnitt und mit vergroesserten Abmessungen gegenueber der gerneinsamen Verwirklichung des neuartigen, erfindungsgemaessen Elementes (hinsichtlich der verwendbaren Diuensionierung wird auf den frueheren Stand der -Technik sowie auf die frueheren Patente des Anmelders hingewiesen) eine typische Ausfuehrungsform der Erfindung im Betriebsumstande; und

- Figuren 2A und 23 stellen fragmentarisch und in stark vergroesserter Skala ein erfindungsgemaesses optisches Kompound-Element im Schnitt in seinen Bestandteilen üzw. unter Beschraenkung von seinen optische Wirkungen ausuebenden Bestandteilen dar·

Wie in Fig. 1 schematisiert, umfasst das erf indunisgenaesse Element einen wesentlich Lugelfoermigen Koerper 10, der in erster Annaeherung als aus einer durchsichtigen Verbindung einer gleichartigen Beschaffenheit bestehend betrachtet

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werden kann. Dieser Koerper wird "bei .Bedienung in einer Lasse 12 (wie einem auf einer Strassenoberflaeche angebrachten und/oder geformten Streifen oder anderem Markierungsarttel_r beispielsweise Bodenmarkierungsmittel) so eingetaucht, dass die eine von seinen kufrelfoermitren Kalotten 14 ausgesetzt und ueber die überflaeche 16 der Larkierung vorstehend ist, davon die Sichtbarkeit unter rasantem Licht erhoeht werden soll.

Auf mindestens einem Teil und vorzugsweise auf der Totalitaet der überflaeche des genannten Koerpers sind unterhalb der genannten Oberflaeche 16 eingetaucht eine Vielzahl von kleinen reflektierenden, muldenfoermig, wesentlich kugelfoermig ausgebildeten Oberflaechen angeordnet, deren Winkelοeffnung im Schnitt groesser ist als 90°. Der Koerper 10 ist aus durchsichtigem Material mit Brechungsindex von 1,45 bis 1,65 gefertigt, der versichert, dass die die Kalotte, zum Beispiel an den Stellen P in eine mit der genannten Oberflaeche 16 einen sehr geringen Winkel "bildende Richtung treffenden Lichtstrahlen nach Innen des genannten Koerpers so gebrochen werden, dass sie mindestens einen Teil der besagten muldenfoermigen Oberflaechen 18, zum Beispiel der Oberflaechen 18' und 18^M erreichen. Mindestens erfahren Teil der auf diese Oberflaechen einfallenden Lichtstrahlen zwei darauffolgende Reflexionen, die insgesamt um 180° abgeleitet werden, wobei

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sie auf die Stelle P zurueckkommen, um bei Durchlaufen der Zwischenflaeche des Koerpers 10 eine erneute Brechung zu erfahren und die Aus-senuingebung zur Erhaltung der ./ewuenschten Kueckreflexion fuehrt.

Sine Struktur der in Pi-r. 1 dargestellten und unter den genannten vorteilhaften Bedingungen betreibenden Bauweise kann praktisch verwirklicht werden, indem rian eine Ku^eI 11Ü (Fi₁S-. 2Δ) aus Glas der Type und geeigneten Zusammensetzung zur Erreichung der besten Kombination der Charakteristiken von mechanischer Widerstandsfaehigkeit, Abnutzungs- und Witterungsverhaeltnisbestaendigkeit und Billigkeit (es lassen sich hier praktisch kleine Perlen oder Kuegelchen aus "Fensterglas" verwenden lassen) mit zwischen den genannten Werten eingeschlossenem Brechungsindex mit einem durchsichtigen Bindemittel 120 beschichtet, dessen Brechungsindex gleich oder fast gleich ist wie der des Kuegelchens 110, und dann im genannten Bindemittel um eine leicht groessere Tiefe als deren Durchmesser kleinere Kuegelchen 112 eintaucht und danit verbindet, deren Brechungsindex gleich oder fast gleich ist wie der des Hauptkuegelchens 110 und des Bindemittels 120, das zum Beispiel aus demselben Glas besteht wie das Hauptkuegelchen. Zur Bildung des genannten Bindemittels 120, insbesondere wenn es Kuegelchen mit relativ niedrigem Brechungsindex (1,52) zugeordnet wird, sind besonders

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vorteilhaft Akryl- und Lietakrylkopolymer mit Alpha-Methyl-Styrol, sowie Polyallylglykol. Palls die Glasbestandteile oder mindestens das Kuegelchen 110 einen relativ lioeheren Brechungsindex (1,56) aufweisen, dann sind die Polykarbonate vorteilhaft.

Durch Erhaltung des Brechungsindex ^MKuegelchen/i3indemittel" innerhalb zwischen ü,8 und 1,2 eingeschlossener Werte kann solche Kompound-Struktur praktisch als optisch gleichartig "betrachtet werden, wie es in Fir¹¹;. 1 schema tisch dargestellt ist. iiian erreicht dadurch die hoechste optische Durchsichtigkeit wegen der Abwesenheit von Erscheinungen von Innenreflexion und allfalls von Veraenderungen in der Richtung der die durchsichtige Masse durchlaufenden Lichtstrahlen. Dieser Kompound-Koerper wird mit Material bekleidet, das geeignet ist, um eine reflektierende Überflaeche zu schaffen, wie einer duennen dchicht 124, die durch Versilberung oder Eloxieren, zum -Beispiel unter Vakuum erhalten wird, deren an den kleineren Kuegelchen 122 anliegende Oberflaeche die reflektierenden, muldenfoermijen überflaechen 18 materialisiert.

jJurch geeignete Dosierung des Bindemittels 120 und Anbringung der Kuegelchen wird eine Verbindung der letzteren erreicht, obwohl sie um ein genuejendes Lass entdeckt belassen werden,

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das es ermoeglicht, zur Bildung von reflektierenden Oberflaechen 18 mit Winkeloeffnung A (Fig. 2B)' zu fuehren, die jedoch groesser ist als 90° und auf 180° moeglichst naheliegend ist.

In Fig. 2B sind die sich aus solcher S-truktur ergebenden Hueckreflexionserseheinungen graphisch dargestellt. Einfallstrahlen Ri, die den optisch homogenen Koerper durchlaufen, nachdem sie in der ausgesetzten Kalotte 14 (Fig. 1) des verlegten Materials gebrochen worden sind, werden in Form auf gleiche oder besser ausgedruckt parallele, jedoch dem jeweiligen Einfallstrahl Ri sehr naheliegende Richtungen rueckreflektierter Strahlen Rr umgelenkt, jedesmal sie an derartigen Stellen eine Oberflaeche 18 antreffen, dass mit zwei darauffolgenden Reflexionen eine Ableitung um 1 8ü° totalisiert wird, wodurch die gewuenschten Effekte erreicht werden.

Die Bedeutung der Verwendung eines Koerpers, der obwohl strukturell nichthomogen hergestellt wesentlich optisch homogen ist und der aus einem Material, praktisch aus einer Kombination von Materialien, gefertigt ist, das iurchsichtig und mit einem relativ geringen Brechungsindex versehen ist, ist offensichtlich, wenn man in lürwaegung zieht, dass nach einem optischen besetz wenn ein Lichtstrahl von einem durchsichtigen Mittel auf .-as andere unter einen von 0°

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abweichenden !Einfallwinkel uebergeht (d.h. dem mit der Senkrechten zur auf die Trennungsoberflaeehe zwischen den beiden"Mitteln am Einfallpunkte tan/rentialen Ebene einfallenden Strahl gebildeten Winkel), dieser Strahl zum j.eil gebrochen wird, u.z. von einem auf das andere durchsichtige Iuittel uebergeht und also benutzt ist, jedoch zum Seil reflektiert wird. Der reflektierte Teil wird verschwendet. Die wesentliche optische Gleichartigkeit versichert, dass da die das erfindungsgemaesse Element durchdringenden Strahlen zwischen Teile mit wesentlich unterschiedlichem .Brechungsindex nicht durchlaufen sollen, sie keine schaedlichen und verschwendenden Innenreflexionen erfahren. Seinerseits gestattet es der niedrige Brechungsindex des Elementes selbst, die Heflexionshoehe und daher die Verschwendungshoehe bei Durchlaufen zwischen die Aussenumgebung (die atmospphaerische Luft) und das ganze Element durch die ausgesetzte konvexe Uberflaeche 14 zu reduzieren. Tatsaechlich nimmt die Hoehe der reflektierten und verschwendeten·Fraktion als Punktion sowohl des Brechungsindexes als auch des Einfallwinkels zu» Dieser Einfallwinkel ist im Falle von einer ausgesetzten, typisch durch das Licht wie in Fig. 1 schematisiert betroffenen Kalotte 14 erheblich stark und erreicht am Oberteil der Kalotte selbst die 90°. Durch Reduzierung der proportionalen Hoehe des nach aussen hin reflektierten Lichtes kann man praktisch eine

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groessere Oberflaeehe der Kalotte benutzen zwecks der Lichtbrechung nach deren Innen und daher die Ivlenge des rueckr ef lekt ierten Lichtes wird erheblich erhoeht im "Verhaeltnis zum Einfall-Licht,- obwohl man die vorteilhaften, bei den nach der bekannten Technik hergestellten rueckkollimierenden Elementen vorgesehenen Vielfachfokussierungen nicht ausnutzt.

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Claims

Paten tansprue ehe

Rueckreflektierendes Element insbesondere geeignet zur Zuordnung zu Strassenmarkierungsmitteln und bestehend aus einem in seiner Gesamtheit kugelfoermigen, durchsichtigen Koerper, der unter Betriebsbedingungen zum Teil, generell zum groessten Teil in der Schicht eingetaucht ist, die mit ihrer Äussenoberflaeche die Karkierungsoberflaeche, insbesondere eine an einer Strassenoberflaeche geformte oder angebrachte Bodsnmarkierung materialisiert, waehrend er am dessen ueber die genannte uberflaeche vorstehenden Teil eine kugelfoermige, dem Einfall-Licht ausgesetzte Kalotte aufweist, das mindestens zum Teil ueber solche ICalotte innerhalb des genannten Koerpers nach zu dem eingetauchten Teil seiner Uberflaeche gehoerigen Stellen gebrochen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte durchsichtige Koerper (10) an jedem Teil eine substantielle optische Gleichartigkeit aufweist und an der Oberflaeche seines in der das IDlement selbst teilweise eingliedernden Schicht (12) eingetauchten Teils eine Vielzahl von nach innen muldenfoermicen, mit einer reflektierenden Beschichtung versehenen Oberflaechen umfasst, die geeignet ist, um-den auf die

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Stellen (P) der ausgesetzten Kalotte (14) einfallenden Strahlen (R), die so gebrochen werden, dass sie eine . oder mehrere dieser muldenfoermigen Oberflaechen (18) erreichen, eine Vielfachreflexion aufzuerlegen, die zu einer gesamten Ableitung in der Groessenordnung von 180° von diesen Strahlen fuehrt, wodurch deren Zurueckfuehrung auf die genannte ausgesetzte Kalotte (14) und die Rueckreflexion nach der das Einfall—Licht abgebenden Quelle bewirkt wird.
2. Hueckreflektierendes Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ^enaraiten muldenfoermigen Oberflaechen (18) kugelfoermige Kalotten sind, deren Winkeloeffnung zwischen 90° und 180°, vorzugsweise zwischen 120° und 18Ü° eingeschlossen ist»
3· Rueckreflektierendes Element nach Anspruch 1 oder nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass es durch eine Kompound-Struktur gebildet ist, die unterschiedliche durchsichtige Bestandteile umfasst, deren betreffender Brechungsindex zwischen 0,8 und 1 ,2 gehalten ist.
4· Rueckreflektierendes Element nach einem oder mehreren der Ansprueche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es durch einen oder mehrere durchsichtigen Bestandteile gebildet ist, deren Brechungsindixes gegenueber der Luft zwic hen 1,45 und 1,75 ein_:geschlossen sind.

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5. Rueckreflektierendes Element nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, dasa es durch ein durchsichtiges Hauptkuegelchen (110) gebildet ist, um welches kleinere durchsichtige, nebeneinander dicht gelegene, mit dem genannten Hauptkuegelchen durch ein durchsichtiges Bindemittel (120) verbundene Kuegelchen (122) herum angeordnet sind, wobei die genannte durchsichtige Kompound-Struktur aussen mit einer nach dem Innen der genannten Struktur spiegelnd reflektierenden bekleidet ist und die genannten kleineren Kuegelchen und das genannte Bindemittel sich vom Hauptlaiegelchen (110) auf der Seite des verlegten Elementes entfernen lassen, das sich ausserhalb der genannten Schicht (12) befindet, um dadurch die genannte, dem Einfall-Licht

ausgesetzte Kugelkalotte zu erreichen.
6. Rueekreflektierendes Element nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Hauptkuegelchen (110) aus dem sogenannten Fensterglas besteht·

7· Rueckreflektierendes Element nach Anspruch 5 oder nach Anspruechen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel (120) aus einem durchsichtigen Harz besteht, dessen Brechungsindex zwischen 1,45 und 1,65 eingeschlossen ist.

8, Rueckreflektierendes Element nach Anspruch 7, dadurch

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gekennzeichnet, dass das genannte durchsichtige Bindemittel aus einem Akryl- oder Metakrylkopolymer mit Alpha-Methyl-Styrol oder Polyallyldiglykol oder Polykarbonat bestehto

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