DE2722628A1 - Zusammengesetztes rueckstrahlerelement und herstellungsverfahren hierfuer - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl.-lng. Curt Wallach

Dipl.-lng. Günther Koch

3 Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach

Dipl.-lng. Rainer Feldkamp

D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d

Datum: 18. Mai 1977

Unser Zeichen: 159I¹J H/Bu

Bezeichnung: Zusammengesetztes Rückstrahlerelement

und Herstellungsverfahren hierfür

Anmelder: Dr. Ludwig Eigenmann

Vacallo, Ticino
Schweiz

Vertreter: Patentanwälte

Dipl.-lng. C. Wallach Dipl.-lng. G. Koch
Dipl.-Phys. Dr. T. Haibach Dipl.-lng. R. Peldkamp 8000 München

Erfinder: Dr. Ludwig Eigenmann

Vacallo, Ticino
Schweiz

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Zusammengesetztes Rückstrahlerelement und Herstellungsverfahren

hierfür

Die Erfindung betrifft allgemein die Erzeugung von Lichtreflexionssystemen, die sich insbesondere zur Verwendung als Straßenmarkierungen und für Werbungszwecke eignen und eine sichtbare Markierungsoberfläche aufweisen, welche Licht von Strahlungsquellen wie etwa Fahrzeugscheinwerfer-Lichtbündeln zu reflektieren vermögen und so in der Nacht auf Abstand sichtbar sind. Der Ausdruck "Rückstrahlung" dient nachfolgend zur Bezeichnung von reflektierenden Mitteln, Elementen oder Systemen, welche einen einfallenden Lichtstrahl oder.ein einfallendes Lichtbündel in solcher Weise reflektieren, daß ein gerichtetes Lichtbündel, im wesentlichen ein konusförmiges Lichtbündel, in Richtung auf die Lichtquelle zurückgeworfen wird, und zwar auch dann, wenn das einfallende Licht unter einem Winkel auf die Oberfläche des RUckstrahlsystems auftrifft.

Die Erfindung betrifft näherhin speziell Rückstrahlsysteme gemäß der DOS 2 441 491 (entsprechend US-Patent 3 981 557) des gleichen Anmelders.

Der einschlägige Stand der Technik ist in der vorstehend genannten DOS 2 441 491 eingehend beschrieben. Auf diese DOS 2 441 491 wird in ihrem vollen Umfang hier Bezug genommen und sie bildet mit ihrem gesamten Inhalt einen Teil der von? liegenden Beschreibung, insbesondere hinsichtlich Einzelheiten bezüglich der verwendeten Materialien, der Entfernungen, der Brechungsindizes und der gegenseitigen Anordnung und Zuordnung der einzelnen Teile des Rückstrahlsystems und der Art und Weise der Herstellung.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird speziell auf Fig. 2 der erwähnten DOS 2 441 491 Bezug genommen. In dieser ist veranschaulicht, wie ein einfallendes Lichtbündel (das in Wirklichkeit einen noch kleineren Winkel als in der Zeichnung dargestellt mit der bei S angedeuteten Markierungs-

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ebene bildet) von einer oder mehreren mit 12 bezeichneten reflektierenden Perlen oder Mikrokugeln zurückgestrahlt wird, die ziemlich nahe der erwähnten Markierungsebene S angeordnet sind. Zieht man in Betracht, daß das rückzustrahlende Licht vor allem das "streifend" einfallende Licht ist, interessiert von den Mikrokugeln vor allem derjenige Teil, der in einer Zone benachbart der vorstehend genannten Ebene oder Fläche S der Markierung angeordnet ist, d.h. in einer Zone, die man als "Äquatorialzone" des fokussierenden durchsichtigen Primärkörpers bezeichnen kann; dieser Primärkörper ist allgemein mit 10 bezeichnet und besitzt in Schnittebenen senkrecht zu der erwähnten Markierungsoberfläche S eine elliptische oder nahezu elliptische Querschnittskonfiguration, wie in der erwähnten DOS 2 441 491 beschrieben.

Wie in Fig. 1 der DOS 2 441 491 gezeigt und beschrieben, besteht dieses zusammengesetzte Rückstrahlerelement aus dem genannten durchsichtigen Primärkörper und einer die Oberfläche dieses Primärkörpers vollständig bedeckenden Monoschicht aus Mikrokugeln.

Tatsächlich müssen die die obere Oberflächenhälfte des Primärkörpers bedeckenden Perlen oder Mikrokugeln (in dem in Fig. der DOS 2 441 491 veranschaulichten eingebauten Betriebszustand des Systems) entfernt werden und bilden daher insofern nutzlosen Abfall, während diejenigen Perlen oder Mikrokugeln, welche den unteren Bereich der unteren Oberflächenhälfte (in welchem im allgemeinen kein Lichtbündel jemals fokussiert wird) bedecken, für die gewünschte Rückstrahlung schlechthin nutzlos sind. Insgesamt gesehen, kann man davon ausgehen, daß von den Mikrokugeln, wie sie in dem Rückstrahlerelement bei der Fertigstellung enthalten sind, nicht mehr als etwa 20 % tatsächlich nutzbringend zur Rückstrahlung beitragen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher als Aufgabe die

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Schaffung eines Rückstrahlerelements der allgemeinen in der DOS 2 Ml il91 beschriebenen Art sowie ein Herstellungsverfahren hierfür zugrunde, das der vorstehend dargelegten Erkenntnis Rechnung trägt, daß nur ein verhältnismäßig geringer Teil der reflektierenden Perlen oder Mikrokugeln, welche als Monoschicht auf der Oberfläche des Primärkörpers angebracht sind, tatsächlich zur Rückstrahlung des in der Regel streifend einfallenden Lichts beitragen.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung ist vorgesehen, daß der transparente Primärkörper von im wesentlichen elliptischem Querschnitt im wesentlichen nur im Bereich der erwähnten Äquatorialzone mit einer ringförmigen Monoschicht aus den reflektierenden Mikrokugeln versehen ist, d.h. nur dort, wo diese komplementären Rückstrahlmittel auch tatsächlich zur Rückstrahlwirkung beitragen.

Die Erfindung betrifft ferner auch ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren für ein derartiges Rückstrahlerelement mit in spezieller Weise ringförmig um den Primärkörper angeordneten Mikrokugeln, und zwar durch an sich bekanntes Vermischen der Primärkörper und der Mikrokugeln in einem Drehmischer, wobei sich überraschend ergeben hat, daß die Mikrokugeln durch die Wirkung der Drehmischung jedenfalls in statistischem Maßstab sich selektiv nur im Bereich der erwähnten Äquatorialzone ansammeln und dort anhaften.

Durch die Erfindung wird somit eine neue Rückstrahleranordnung zur Verwendung als Markierung mit einer freiliegenden Oberfläche geschaffen, welche einen Körper aus einem durchsichtigen Material mit im wesentlichen elliptischer Querschnittskonfiguration in allen zur Ebene der Markierungsfläche senkrechten Querschnittsebenen aufweist sowie eine Monoschicht aus reflektierenden Mikrokugeln, die lokalisiert im Bereich der Äquatorialzone angeordnet und dort festhaftend mit dem Körper verbunden ist, während zu beiden Seiten der Äquatorialzone symmetrische Oberflächenbereiche frei von den Mikrokugeln sind. /

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

Fig. 1 in stark vergrößerter, schematischer Schnittansicht ein Rückstrahlsystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, in Verbindung mit einem vorgefertigten Bandbzw. Streifenmaterial für Zwecke der Markierung an Straßenoberflächen; (diese Fig. 1 ist in Vergleich zu setzen zur Fig. 2 der eingangs erwähnten DOS 2 441 491),

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht

des Gegenstands aus Fig. 1,

Fig. 3 eine rein schematische Veranschaulichung der

Vorgänge, wie sie zur Erklärung der Herstellung der Gegenstände gemäß den Figuren 1 und 2 beim Mischen von Primärkörpern und Perlen (oder Mikrokugeln) in einem Drehmischer herangezogen werden können,

Figuren 4 und 5 den Figg. 1OA und 1OB der nachfolgend erwähnten

DOS 2 302 170 entsprechende Darstellungen zur Erläuterung der Herstellung von Rückstrahlergegenständen der hier in Frage stehenden Klasse.

In der nachfolgenden Beschreibung werden weitgehend die gleichen Bezugsziffern wie in den Figuren der eingangs erwähnten DOS ¹Ul 4 91 verwendet, welche in der Wirkung ähnliche Rückstrahlerelemente betreffen und auf welche zum Vergleich Bezug genommen wird. Das System weist einen durchsichtigen Primärkörper 10 auf (bezüglich näherer Einzelheiten wird auf die DOS 2 Ml verwiesen), der in Schnittebenen senkrecht zu der durch die Ebene S der Markierung definierten Ebene, d.h. zu der Oberseite

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des streifenförmigen Materials M, aus welchem die Markierung (in an sich bekannter Weise) besteht, eine im wesentlichen elliptische Querschnittskonfiguration besitzt. Diese vorerwähnten Schnittebenen schneiden sich in der Achse a-a des Körpers 10; der größte Querschnitt des Körpers 10 liegt in der im allgemeinen horizontalen Symmetrieebene A-A des Körpers 10. Diese Ebene A-A kann zweckmäßig als "Äquatorialebene" des Körpers bezeichnet werden; entsprechend kann man als "Äquatorialzone" diejenige ringförmige Oberflächenzone des Körpers bezeichnen, welche sch zu beiden Seiten dieser Äquatorialebene über eine Breite (bzw. Höhe) erstreckt, die •wesentlich kleiner als die Dicke des Körpers (in Richtung der Achse a-a) ist. Im Bereich dieser Äquatorialzone besitzt die Krümmung der Oberfläche des Körpers 10 ihre kleineren Krümmungsradien. Die anderen Oberflächenteile (d.h. die Bereiche mit größeren Krümmungsradien) bilden einen nahezu abgeflachten kuppel- bzw. haubenförmigen Oberteil 18 und einen hierzu symmetrischen kuppel- bzw. haubenförmigen Unterteil 20.

Im betriebsmäßig eingebauten Zustand ist die Anordnung so getroffen, daß der vorstehend erwähnte obere Teil 18 über die Markierungsoberfläche S herausragt und so von ein- bzw. auffallendem Licht getroffen wird. In Pig. I ist durch die Pfeile P ein Strahl von einfallendem und nach Brechung reflektiertem Licht angedeutet. Diese Brechung und Reflexion kann weitgehend zu der schematischen Darstellung in Fig. 2 der eingangs genannten DOS 2 ¹HlI 491 in Vergleich gesetzt werden. Aus einem derartigen Vergleich wird ohne weiteres ersichtlich, daß bezüglich der hier interessierenden Rückstrahlung von streifend einfallendem Licht (nach Art des durch die Pfeile F angedeuteten Lichts) von den sekundären Reflexionsmitteln in Gestalt von durch einen Metall- oder einem anderweitigen Reflexionsüberzug I¹I reflektierend gemachten Mikrokugeln 12 nur die etwa im Bereich der er-

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wähnten Äquatorialzone angeordneten hierzu beitragen.

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Gegenstand, wie er beispielshalber in den Figuren 1 und 2 der vorliegenden Zeichnung dargestellt ist, ergibt daher im Vergleich zu dem eingangs genannten Stand der Technik eine Reihe von Vorteilen, nämlich:

(a) Er weist im Herstellungszustand eine wesentlich geringere Anzahl der teuren Mikrokugeln 12 auf (im Vergleich etwa zu Fig. 1 der DOS 2 441

(b) Er weist eine überzugsfreie Oberseite 18 für den Lichteinfall auf; genauer gesagt ist diese Oberseite 18 im Herstellungszustand nicht mit der Monoschicht aus Mikrokugeln überzogen, sondern weist lediglich eine dünne Schicht eines Reflexionsüberzugs auf, der durch die Verschleißwirkung des über die Gegenstände auf der Straße hinweggehenden Fahrzeugverkehrs rasch abgetragen wird.

(c) Der Umstand, daß auch an der Unterseite 20 keine Perlen bzw. Mikrokugeln vorgesehen sind, ergibt einen Gegenstand von wesentlich flacherer Konfiguration, der daher bei der an sich bekannten Befestigung durch partielle Einbettung in dem Material M in einer wesentlich dünneren Materialschicht M angeordnet werden kann, bei gleichzeitiger Gewährleistung einer wirksamen und festhaftenden Befestigung auf der Straßenoberfläche.

(d) Die erwähnte stärker abgeflachte Gesamtkonfiguration etwa nach Art einer Linse mit einer umgebenden Perlen-"Krone" vereinfacht und erleichtert die Anordnung der Gegenstände auf der noch flüssigen Oberfläche des streifenförmigen Markierungsmaterials M in an sich bekannter Weise. Läßt man die Gegenstände von oben auf die Aufnahmeoberfläche des

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streifenförmigen Materials herabfallen, so nehmen die meisten Gegenstände im statistischen Durchschnitt auf diesem streifenförmigen Material eine horizontale Lage ein.

Der Erfindung liegt ferner bezüglich der Herstellung die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß erfindungsgemäße Gegenstände der in den Pigg. 1 und 2 der vorliegenden Anmeldung gezeigten Art durch einfache Anpassung des Verfahrens hergestellt werden können, wie es derzeit für die Massenherstellung von im wesentlichen runden Rückstrahlerelementen aus einem kugelförmigen durchsichtigen Körper und einer diesen umgebenden Monoschicht aus Reflektor-Perlen verwendet wird. Die wesentlichen Schritte eines derartigen Verfahrens sind schematisch in den Figg. Ί und 5 der Anmeldezeichnung dargestellt und sind als solche Teil des Verfahrens, wie es in der eingangs erwähnten DOS 2 302 170 beschrieben ist. In Fig. 4 der Anmeldezeichnung ist ein Drehmischer 30 gezeigt, der mit einer bestimmten Menge von allgemein kugelförmigen Körpern 10 zusammen mit einer bestimmten Menge l6 eines geeigneten bekannten fluidisierten durchsichtigen Bindemittels beschickt wird, um die Oberfläche der einzelnen Körper 10 zur Aufnahme der Reflektorperlen vorzubereiten. In Fig. 5 ist die Beschickung des gleichen (oder eines ähnlichen) Drehmischers 30 für die nachfolgende Behandlung einer bestimmten Menge der in der vorstehend erwähnten Weise für die Aufnahme von Mikrokugeln vorbereiteten Körpern 10 veranschaulicht; diese Behandlung erfolgt durch inniges Vermischen der Körper 10 mit einer entsprechenden Menge von Reflektorperlen 12, derart daß sämtliche einzelnen Körper 10 mit einer im wesentlichen homogenen Monoschicht von Reflektorperlen umgeben werden. Dieses Verfahren ist an sich bekannt und braucht hier nicht näher erläutert zu werden.

Es hat sich nun ganz unerwartet und überraschend gezeigt, daß man bei Behandlung einer Zahl von Körpern 10 mit elliptischen

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Querschnitt nach dem in Fig. 4 veranschaulichten und vorstehend beschriebenen Verfahren und bei nachfolgender Vermischung dieser so behandelten Körper mit der geeigneten Menge von Reflektorperlen 12 wie in Fig. 5 veranschaulicht Gegenstände der in den Figg. 1 und 2 der Anmeldezeichnung veranschaulichten erfindungsgemäßen Ausbildung erhalten kann, vorausgesetzt, daß die Menge der Reflektorperlen 12 vorzugsweise geringer gewählt wird, als dies für eine vollständige Überziehung der Körper erforderlich wäre und vorzugsweise in solcher Menge, daß nur ihre Äquatorialzonen überzogen werden.

Im Zuge der Entwicklung der Erfindung wurden auch Untersuchungen zur Erklärung dieses überraschenden Ergebnisses angestellt. Nachfolgend wird anhand von Fig. 3 ein derartiger plausibler Erklärungsversuch vermittelt, dem jedoch keinerlei einschränkende Bedeutung beigemessen werden soll. Die Körper 10 mit ihrer eingangs erwähnten Geometrie sind in ihrer Hauptebene, d.h. in der größten Querschnitts- und Symmetrieebene A-A, im wesentlichen rund (vgl. die mit 1OA bezeichneten Körper in Fig. 3)» hingegen in jeder anderen die Symmetrieachse a-a einschließenden Schnittebene elliptisch (vgl. die Körperdarstellungen bei 10a in Fig. 3).

Es sei nun angenommen, daß eine Anzahl derartiger Körper in einem Drehmischer (nach Art des Drehmischers 30 in den Figg. ²I und 5) mit einer Anzahl von Reflektorperlen gemischt werden (die in Fig. 3 der Übersichtlichkeit halber und da die Perlen als solche zu dem vermuteten Phänomen nicht beitragen, weggelassen sind); die mehr oder weniger mit den Perlen überzogenen Körper liegen gegeneinander an und werden in dem Mischer in Umwälzung gehalten. Statistisch gesehen werden einige Körper sich an ihren einigermaßen runden oder kreisförmigen Oberflächenbereichen berühren (vgl. die benachbarten 10A), wobei sie ohne nennenswerte Reibung in Rolleingriff miteinander stehen. Andere Körper werden miteinander an ihren

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nicht kreisförmigen Oberflächenbereichen in Eingriff gelangen und dabei nicht in der genannten Weise reibungsfrei aneinander abrollen, sondern sich gleitend relativ zueinander verschieben, wodurch ein wesentlicher Reibungseingriff zustande kommt.

Man darf nun annehmen, daß Reflektorperlen im Zustand der zunehmenden Anhaftung an der benachbarten Körperoberfläche von einem im wesentlichen reibungsarmen Abrolleingriff der vorstehend genannten Art nicht beeinträchtigt werden und schließlich fest haftend an den Primärkörpern gebunden werden, während Reflektorperlen, die vorübergehend in Bereichen zu liegen kommen, wo der erwähnte Reibungs-Gleiteingriff stattfindet, nicht an diesen Bereichen verbleiben werden, derart daß nach einer ausreichenden Mischungszeit nahezu sämtliche Reflektorperlen nur in den Äquatorialzonen zur festen Haftung an den Körpern gelangen.

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Claims (3)

Patentansprüche

1. Zusammengesetztes Rückstrahlerelement, insbesondere für "^Straßenverkehrsmarkierungen und Werbezwecke, bestehend aus einem Primärkörper aus einem durchsichtigen Material mit einer Rotationssymmetrieachse und elliptischen Querschnittskonfigurationen in den diese Symmetrieachse enthaltenden Schnittebenen sowie mit einer zu der Rotationssymmetrieachse rechtwinkligen Symmetrieebene und einer Äquatorialzone zu beiden Seiten dieser Symmetrieebene, in welcher die Körperoberfläche ihre kleinsten Krümmungsradien aufweist, sowie aus einer Monoschicht von komplementären Reflexionsvorrichtungen in Form von auf der Oberfläche des Primärkörpers aufgebrachten und an dieser befestigten Mikrokugeln, insbesondere nach DOS 2 Ml 491, dadurch gekennzeichnet, daß die Monoschicht aus den reflektierenden komplementären Reflektorvorrichtungen (12) im Bereich um die Äquatorialzone des durchsichtigen Primärkörpers (10) konzentriert ist.

2. Rückstrahlerelement nach Anspruch 1, wobei der Primär körper um seine Rotationssymmetrieachse herum Oberflächenbereiche nach Art von Polflächen aufweist, dadurch gekennzeichnet , daß die Polflächenabschnitte (18,20) frei von den komplementären Reflektormitteln (12) sind.

3. Verfahren zur Herstellung von Rückstrahlerelementen nach den Ansprüchen 1 oder 2, indem man eine bestimmte Menge von Mikrokugeln mit einer bestimmten Menge von zuvor mit einem durchsichtigen Bindemittel überzogenen Primärkörpern in einem Drehmischer mischt, dadurch gekennzeichnet, daß eine bestimmte Menge der zuvor in der angegebenen Weise mit dem Bindemittel (14) Überzogenen Primärkörper (10, Fig. 5) mit einer

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ORIGINAL INSPECTED

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solchen Menge Mikrokugeln (12) vermischt wird, die kleiner ist als die zur Erzeugung von im wesentlichen die gesamte
Oberfläche der Primärkörper bedeckenden Monoschichten,
derart daß die in dem Mischer (30) verfügbaren Mikrokugeln sich unter statistischen Bedingungen nur im Bereich um die Äquatorialzone der einzelnen Primärkörper (10) ansammeln
und in diesem Bereich an den Primärkörpern anhaften.