DE2831136A1 - Niedrig profiliertes rueckstrahlendes bogenmaterial - Google Patents
Niedrig profiliertes rueckstrahlendes bogenmaterialInfo
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- E01F9/506—Road surface markings; Kerbs or road edgings, specially adapted for alerting road users characterised by the road surface marking material, e.g. comprising additives for improving friction or reflectivity; Methods of forming, installing or applying markings in, on or to road surfaces
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Description
2831131
Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota
55101, V. St. A.
Niedrig profiliertes rückstrahlendes Bogenmaterial
Seit einiger Zeit hat man wesentliche "Versuche unternommen,
Fahrbahnmarkierungen zu verbessern, mit denen man den Verkehr auf Straßen führen will. Einige der wichtigsten und anspruchvollsten
Ziele dieser Bemühungen sind:
(1) Eine bessere Sichtbarkeit der Markierungen bei Nacht im allgemeinen durch ein verbessertes Bückwerfverhalten für
Lichtstrahlen aus den Scheinwerfer sich nähernden Fahrzeuge. Die am weitesten verbreiteten rückstrahl·enden Fahrbahnmarkierungen
sind aufgestrichene Linien, in die Glasmikrokügelchen
teilweise eingebettet sind. Die Rückstrahlstärke dieser Markie-
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rungen ist verhältnismäßig gering, daß sich unter den Mikrokügelchen
keine spiegelnd reflektierende Fläche befindet, die Mikrokügelchen durch den Verkehr verschlissen und aus dem
Fahrbahnbelag herausgerissen werden und weil schließlich rückstrahlende Markierungen mit der geringsten Lichtstärke diejenigen
Lichtstrahlen reflektieren, die auf sie mit hohem Einfallswinkel einfallen (der Einfallswinkel ist dabei der Winkel
zwischen den Lichtstrahlen und einer zur Ebene der rückstrahlenden Markierung senkrechten Linie; Licht von einem Fahrzeug
in 10 bis 200 m Abstand von einer rückstrahlenden Beschichtung auf einer Fahrbahn trifft auf die Fahrbahnebene unter
Einfallswinkeln von 86 bis mehr als 89° auf).
(2) Die Markierungen müssen auch bei Niederschlägen sichtbar bleiben. Selbst eine dünne Wasserschicht auf der Oberfläche
von G-lasmikrokügelchen, die aus einer aufgestrichenen Linie
vorstehen, verhindert, daß diese einfallendes Licht rückstrahlen; eine einwandfreie Fahrspurbegrenzung ist jedoch am nötigsten
bei Niederschlägen, wenn die Sichtweite reduziert ist und die normalen Orientierungspunkte verdeckt sind oder weniger
ausgeprägt erscheinen.
(3) Wahrheitsgetreuere und intensivere Farben der rückstrahlenden Markierungen bei der Betrachtung des rückgestrahlten
Lichts bei Nacht. In einer mit Glasperlen versetzten aufgestrichenen Markierungslinie entsteht der Farbeindruck des
rückgestrahlten Lichts durch diffuse Reflexion vom pigmentier-
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ten Bindemittel der Anstrichfarbe unter den Glasperlen} diese
diffuse Rückstrahlung ergibt flache Farben.
(4) Widerstand gegen einen Verschleiß der Fahrbahnmarkierungen durch den Verkehr.
(5) Nutzbarkeit auf Fahrbahnen, von denen Schnee mit Schneepflügen
entfernt werden muß.
Ein Versuch, mindestens einige dieser Forderungen zu erfüllen,
hat zu dem handelsüblichen, aus der Fahrbahn aufwärts vorstehenden
Markierelement ("Nagel") geführt, das in vorherrschend
schneefreien Gegenden eingesetzt wird. Diese Elemente bestehen üblicherweise aus ziemlich starren Blöcken von 10 bis
30 mm Höhe mit in der Seitenansicht trapezförmigem bis glatt gerundetem Profil, die an der Vorderseite ein nach oben vorstehendes rückstrahl·endes Plättchen tragen. Diese Markierelemente
sind zwar auch bei Niederschlägen nützlich; ihre Verwendung in Gegenden, wo oft Schneepflüge eingesetzt werden
müssen, ist jedoch erheblich eingeschränkt, obgleich man mit einigen Aufwand versucht hat, die Markierelemente in Schutzgehäusen aus Metall unterzubringen. Andere Einschränkungen
ihrer Brauchbarkeit liegen in den Kosten der Herstellung und Anbringung. Löst sich außerdem ein starres Markierelement dieser
Art von der Fahrbahn (bspw. wenn es von einem Schneepflug
losgeschlagen wird), stellt es eine Gefahrenquelle dar, da es
in die Bahn eines sich nähernden Fahrzeugs geschleudert werden
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Bei einem noch, umf angreicheren Versuch aus dem Stand der Technik
hat man mehrteilige Fahrbahnmarkierungen mehrere Zentimeter tief teilweise in eine Fahrbahn eingelassen. Dabei läßt
ein oberer Teil, der für den Verkehr sichtbar ist und einen Rückstrahl er trägt, sich vom Verkehr in eine Vertiefung in
unteren Teil hineindrücken, die in die Fahrbahn eingelassen ist. Diese Lösung ist für eine weitverbreitete Verwendung zu
teuer und muß sich noch für den allgemeinen Einsatz in Gegenden bewähren, in denen die klimatischen Bedingungen oft und
erheblich wechsin.
Ia einem vom US-Verkehrsministerium geförderten Vorhaben (vergl.
"Report Ήο. FHWA-RD-73-78, Batelle Columbus Laboratories,
Government Accession HO. PB-224, 934-") wurde versucht, eine
Reihe dünner Kunststoff-Formplättchen in eine Fahrbahn so einzubetten,
daß ihre Oberflächen etwa bündig mit der Fahrbahnoberfläche abschließen. Diese Plättchen wiesen eine flache
obere Fläche und auf ihrer Unterseite eine Anordnung von Wurfelecken-Rückstrahlern
auf, die in Richtung des auf der Fahrbahn sich nähernden Verkehrs geneigt waren. Soweit der Anmelderin
bekannt ist, sind diese Markierungen nie im Handel erschienen. Einige Probleme dieser Markierungen sind, daß selbst bei schräg
angeordneten Würfeleckenelementen die Markierungen nur Licht reflektieren, das mit verhältnismäßig kleinen Einfallswinkel,
d.h. aus einer Entfernung von nur 10 bis 15 m vom Markierelement,
auf sie fällt. Das einfallende Licht wird dabei von der
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flachen Oberseite der Plättchen weggespiegelt und der Verschleiß der flachen Oberseite der Markierelemente reduziert
auch die Seflektionseigenschaften mindestens für den Trockenzustand
sehr schnell.
Weiterhin hat man -versucht, eine Vielzahl vorgeformter Bänder
und Streifen einzusetzen. Einige dieser Bänder sind dauerhafter
als auf gestrichene Farblinien; es mangelt ihnen jedoch an einer ausreichenden Naßreflexion. Andere sollen eine Naßreflexion
bieten - indem sie bspw. auf der Oberseite in Abständen Streifen tragen, die mit Glasperlen gefüllt oder abgedeckt
sind (vergl. die TJS-PSn 3.418.896, 3.587.415, 3-836.
275); man kann auch das Band mit transparenten flachen Keilen versehen, die rückstrahlendes Blattmaterial enthalten (vergl.
die US-PS 3.920.346). Die Herstellung solcher Strukturen ist jedoch kompliziert und keine von ihnen hat bisher gezeigt,
daß man sie auch über längere Zeiträume so einsetzen kann, daß die oben aufgestellten Forderungen erfüllt sind.
Eine Anzahl weiterer Fahrbahnmarkierungen weist Mittel auf,
die unter großen Winkeln einfallende Lichtstrahlen zu rückstrahlenden
Strukturen umlenken. Ein solches Produkt, wie es die US-PS 3.924.958 lehrt, ist ein mehrteiliges Markierelement
mit einem Gehäuse, das in eine Fahrbahn eingesetzt werden kann, und einer eindrückbaren Kappe, die am Gehäuse befestigt ist.
Das Gehäuse enthält ein rückstrahlendes Blatt und eine Lichtumlenkeinrichtung
in der Kappe lenkt die von einem sich nähern-
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den !Fahrzeug einfallenden Lichtstrahlen auf das rückstrahlende
Blatt. Die das Licht lenkende Einrichtung weist einen transparenten
Block mit einer oder mehreren Flächen auf, die dem sich nähernden Verkehr zugewandt sind. Auf der Eückseite der
Flächen ist ein oder sind mehrere Prismen angeordnet, die das durch die Flächen einfallende Licht nach unten auf das rückstrahlende
Blatt ablenken.
Eine ähnliche Struktur, wie sie die FS-PS 2.328.407 lehrt,
enthält eine größere Glasscheibe, die teilweise in die Fahrbahn eingebettet ist, aber ein Drexeckprisma über der Fahrbahnoberfläche trägt. Eine Seite des Prismas ist dem sich
nähernden Verkehr zugewandt und das Prisma soll Licht vom Verkehr zu einem Reflektor lenken, der unter dem Prisma angeordnet ist.
enthält eine größere Glasscheibe, die teilweise in die Fahrbahn eingebettet ist, aber ein Drexeckprisma über der Fahrbahnoberfläche trägt. Eine Seite des Prismas ist dem sich
nähernden Verkehr zugewandt und das Prisma soll Licht vom Verkehr zu einem Reflektor lenken, der unter dem Prisma angeordnet ist.
Andere Fahrbahnmarkierelemente nach dem Stand der Technik lenken
Lichtstrahlen durch Beugung, nicht interne Reflexion um. Bspw. gibt es mehrere Fahrbahnmarkierelemente, in denen eine
Platte mit rückstrahlenden Würfeleckenelementen an der schrägen
Vorderfläche des Markierelements von einer Schicht aus transparentem
Harz abgedeckt ist. Lichtstrahlen, die in die Harzschicht
eintreten, v/erden auf die rückstrahlenden Elemente gebeugt - vergl. die US-PSn 3.332.527, 3.836.226, 3-954-· 324,
3.980.393 und die JA-AS 46-40668.
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Eine weitere Variation, wie sie die US-PS 2.991.698 lehrt, ist ein Fahrbahn-Marki er element aus einem Glasdiode, der in
eine Fahrbahn eingebettet werden soll und eine konvexe Oberseite und eine Gruppe reflektierender Flächen aufweist, die
auf der Unterseite des Blocks ausgebildet sind. Das Licht wird von der konvexen Oberseite zu den reflektierenden Flächen auf
der Unterseite des Blocks umgelenkt.
Keine dieser beschriebenen starren oder mehrteiligen Anordnungen des Standes der Technik legt ein Produkt in Blattbzw.
Bogenform nahe ,daß man auf einen ausgedehnten Teil der
Oberfläche einer Fahrbahn aufbringen kann und das eine Vielzahl flacher lichtrichtender Vorsprünge aufweist, die hintereinander
über die Länge des Bogenmaterials angeordnet sind und folglich eine größere Lichtmenge von sich nähernden Fahrzeugen
aufnehmen. Wie bereits erwähnt, öffnet ein Bogenmaterial den Weg zu einer Anzahl wesentlicher Vorteile auf dem
Gebiet der Fahrbahnmarkierelemente - insbesondere der Möglichkeit, ein durchgehendes und hell rückstrahlendes Blattmaterial
aufzunehmen, und der Möglichkeit, solche Elemente schnell und wirtschaftlich auf eine Fahrbahnoberfläche aufzubringen.
Weiterhin lassen sich mit diesen Erzeugnis kontinuierliche und gradlinig verlaufende Markierungen aufbringen, die auch
in Gegenden mit Schneefall einsetzbar sind. Die massiven lichtlenkenden
Produkte des Standes der Technik, die in eine Fahrbahn eingebettet oder eindrückbar sind, legen nicht ein Bogenprodukt
mit diesen Vorteilen nahe.
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Das Umlenken von Lichtstrahlen auf eine rückstrahlende Fläche
ist auf dem Gebiet der Bildschirme bekannt, die zur Projektion von Bildern dienen. Ein solches Produkt ist in der US-PS
3.614.199 (vergl. insbesondere die Pig. 6) offenbart und weist einen Bogen mit einer Vielzahl von brechenden Linsen auf einem
ersten Blatt auf, das auf einen zweiten Bogen geklebt ist, der mit rückstrahlenden Würfeleckenelementen versehen ist. Wird
Licht auf ein bildführendes Durchsichtbild gestrahlt, das man über diese Anordnung gelegt hat, strahlt der rückstrahlende
Bogen dieses Licht zurück, das sich dann auf einen Bildschirm projizieren läßt.
Wie ersichtlich, ist diese Struktur nicht für den Einsatz als Fahrbahnmarkierung gedacht oder brauchbar (d.h. sie nimmt Lichtstrahlen
mit großem Einfallswinkel nicht auf); daher legt sie
das rückstrahlende Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung auch nicht nahe.
Die vorliegende Erfindung schafft ein neuartiges rückstrahlendes Bogenmaterial mit einem bisher unbekannten Aufbau zum
Aufnehmen und Rückstrahlen von unter hohem Winkel einfallendem
Licht. Dieses Material erfüllt, wie sich ergeben hat, die oben ausgeführten Bedingungen. Dieses neue Bogenmaterial hat eine
rückstrahlende Grundschicht, die in der Bandebene sich erstreckt und rückstrahlende Elemente, die auf der Oberseite der Schicht
innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs einfallendes Licht rückstrahlen können, sowie eine lichtumlenkende Schicht auf-
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weist, die auf der Schicht der rückstrahlenden Elemente angeordnet
ist. Die lichtlenkende Schicht weist kurze transparente
Vorsprünge auf, die in einer Reihe entlang einer Längsachse verlaufen. Die Vorsprünge haben vordere und hintere, aufwärts
vorstehende Kantenflächen. Die vordere Kantenfläche liegt quer über der Bahn des mit großem Winkel einfallenden Lichts und
läßt daher einen hohen Anteil des auf die Pläche einfallenden
Lichts durch, ohne es wegzureflektieren. Die hintere KantenflächeJLiegt
so, daß sie von der Vorderkantenfläche durchgelassenes Licht in eine Bahn innerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs
reflektiert, in der es von den rückstrahlenden Elementen rückgestrahlt wird, und auch von den rückstrahlenden Elementen
reflektiertes Licht durch die vordere Kantenfläche reflektiertes
Licht zur Quelle (bspw. ein sich näherndes Fahrzeug)
rückstrahlt.
Wie diese Zusammenfassung erkennen läßt, weist das Bogenmaterial
nach der vorliegenden Erfindung eine Art vorstehender rückstrahlender Markierelemente auf. Diese Elemente sind Jedoch
als flache Erhebungen verteilt, die Licht auf ein darunterliegendes rückstrahlendes Bogenmaterial reflektieren, das über
die Länge des Bogenmaterials verläuft. Dieser Aufbau bietet eine Reihe wesentlicher Vorteile: Zunächst kann man das Bogen-,
material als Band oder Streifen bequem auf eine Fahrbahn aufbringen. Die lichtlenkenden Vorsprünge der Reihe richten ein
wesentlichen Anteil des Lichtes aus den Scheinwerfern sich
nähernder Fahrzeuge gemeinsam auf die rückstrahlenden Elemente.
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Die rückstrahlende Schicht selbst ist gegen unmittelbare Einwirkung
des Verkehrs geschützt. Die flachen Erhebungen bieten eine Naßreflektion, während sie einem Schneepflug nur eine
geringe Angriffsfläche bieten. Weiterhin sind die Bestandteile
der Struktur kontinuierliche Bogenprodukte, die kein Zuschneiden
oder spezielle Fertigungsschritte - bspw. einer rückstrah-1enden Komponente - erfordern.
Diese letztere Besonderheit ist von besonderer Bedeutung, da sie darauf hinausläuft, daß das rückstrahlende Würfeleckenmaterial,
das normalerweise Licht nur in einem kleinen Bereich kleiner Einfallswinkel aufnehmen und reflektieren kann, in ein
Fahrbahnmarkierband als kontinuierliche Schicht aufgenommen werden kann. Die Verwendung von rückstrahlendem Würfeleckenmaterial
in einem Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung ist sehr bevorzugt, da ein solches Material eine hohe Eückstrahlhelligkeit
hat. Mit einer lichtumlenkenden Schicht verbundenes Wüi'feleckenmaterial bietet eine besonders hohe Rücksbrahlhelligkeib,
die, soweit bekannt, höher ist als die irgendeines verfügbaren Fahrbahnmarkierungsbandes.
Die Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung eines Teils eines
reflektierenden Bogenmaterials nach der Erfindung auf einer Fahrbahnoberfläche;
Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch das Bogenmaterial der Fig. 1 auf der Linie 2-2;
Pig. 3 A und 3 B sind Draufsichten repräsentativer Würfelecken—
-Rückstrahlelemente, die für das Bogenmaterial nach der
vorliegenden Erfindung brauchbar sind;
Fig. 4- bis 6 sind Draufsichten anderer beispielhafter Bogenmaterialien
nach der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7 ist eine Kantensicht durch eine Deckfolie eines anderen
beispielhaften Bogenmaterials nach der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 8 ist ein Diagramm des von verschiedenen beispielhaften
Bogenmaterialien nach der vorliegenden Erfindung rückgestrahlten Lichts in Abhängigkeit vom Einfallswinkel
der Lichtstrahlen;
Fig. 9 ist eine Bodenansicht des Blattmaterials der Fig. 1 und
2;
Fig. 10 und 11 sind Diagramme des Lichts, das das Bogenmaterial der Fig. 4 bzw. der Fig. 5 "bei unterschiedlichen waagerechten
Einfallswinkeln reflektieren;
Ein erster Bestandteil des Bogenmaterials 10 nach der vorliegenden
Erfindung der Fig. 1 und 2 ist ein konfigurierter Bogen 11. In diesem beispielhaften Fall weist der Bogen 11 eine obere
Schicht 12 und eine untere Schicht 13 auf, die mit einer Kleberschicht
14 miteinander verklebt sind. Der Bogen 11 kann auch hergestellt werden, indem man die obere und die untere
Fläche als Ober- und Unterseite eines einzelnen einheitlichen Bogens ausbildet (der Ausdruck "Bogenmaterial" soll hier sowohl
getrennte Bögen als auch die Lagen eines'einzelnen ein-
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heitlichen Bogens bezeichnen). Der untere Bogen 13 ist auf
einer Seite mit einer MonoSchicht aus rückstrahlenden Würfelecken
15 ausgestaltet. Würfeleckenelemente lassen sich in
mehreren verschiedenen Mustern anordnen, von denen die Fig. 3A, 3B zwei zeigen. In dem dargestellten Bogenmaterial 10
liegt die Achse 16 der Würfeleckenelemente 15 rechtwinklig
zur Ebene des Bogens 13; die Achsen der Wurfeleckenelemente
lassen sich jedoch auch schräg legen.
Bogenmaterial mit Würfeleckenelementen ist bspw. in den US-
-PSn 2.380.44-7, 3.684-.348 und 3-712.706 offenbart.
Die obere Schicht 12 des Bogens 11 ist mit einer Reihe querverlaufender
Vorsprünge oder Rippen 18 versehen, die in Längsrichtung des Bogenmaterials beabstandet sind. Die dargestellten
Vorsprünge 18 haben einen trapezförmigen Querschnitt mit
einer flachen oberen Fläche 19 und. schrägen Vorder- und Rückseiten
20, 21 (in der vorliegenden Anmeldung ist die Kantenfläche, die dem zu reflektierenden Licht, d. h. dem sich nähernden
Verkehr in einer Fahrspur zugewandt ist, als vordere Kantenfläche bezeichnet). Die vordere und hinteren Kantenflächen
20, 21 sind unter dem gleichen Winkel geneigt - was erwünscht ist, damit das Bogen- oder Streifenmaterial Licht
rückstrahlt, das von beiden Seiten in Längsrichtung auf es fällt. Die Lichtstrahlen 23 von einem sich nähernden Fahrzeug,
die das Bogenmaterial unter einem großen Einfallswinkel ( -M- )
treffen, werden durch die vordere Kantenfläche 20 hindurch
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auf genommen*
Danach werden die Lichtstrahlen 23 gebeugt und laufen zur
hinteren Kantenfläche 21-. Da der Winkel, unter dem die Lichtstrahlen
23 auf die hintere Kantenfläche 21 treffen, größer
ist als der kritische Winkel der Fläche (d. h. derjenige Winkel eines Lichtstrahls, der beim Verlassen der Fläche in eine
Bahn umgelenkt wird, die genau in die Fläche fällt), werden die Lichtstrahlen 23 intern von der Fläche 21 reflektiert.
Diese Reflexion ist spiegelnd, wobei der Reflexionswinkel
(d. h. der Winkel ( θ ) zwischen dem reflektierten Lichtstrahl
und einer zur Fläche 21 rechtwinkligen Linie) gleich dem Einfallswinkel (u>) des Lichtstrahls ist. Die Neigung der hinberen
Kantenfläche 21 ist so gewählt, daß der größte Teil der unter großen Winkeln einfallenden Lichtstrahlen 23, die durch
die vordere Kantenfläche 20 hindurchtreten, in eine Strahlenbahn
reflektiert werden, die eine Rückstrahlung der Strahlen durch die Würfeleckenelemente 15 mit starker Helligkeit ergibt.
Im allgemeinen strahlen Würfeleckenelemente aus herkömmlichen Kunststoff (mit einem Brechungsindex von etwa 1,50) Lichtstrahlen
mit starker Helligkeit zurück, die einen Winkel von etwa 15 oder weniger zur Achse der Würfeleckenelemente einnehmen,
obgleich sie Strahlen außerhalb dieses Bereichs ebenfalls rückstrahlen, wenngleich mit geringerer Helligkeit.
Nach dem Rückstrahlen durch die Wurfeleckenelemente laufen die
Lichtstrahlen 23 auf im wesentlichen der gleichen BaIm zurück, auf der sie zu den Würfeleckenelemeiiten gelangten. Sie wex'den
8Q9884/10SS
283 Π
von der hinteren Kantenfläche 21 gespiegelt; und treten dann
durch die vordere Kantenfläche 20 hindurch und zum sich nähernden Fahrzeug. Dabei wird das reflektierte Licht von der
ursprünglichen Einfallsbahn zu einem gewissen Grad weggestreut, so daß ein Teil des reflektierten Lichts aus dem Scheinwerfer
des sich nähernden Fahrzeugs in die Augen des Fahrers geLangt. Um die Lichtmenge zu bestimmen, die die Augen des Fahrers erreicht,
mißt man rückgestrahltes Licht üblicherweise bei einem.
Betrachtungswinkel, der 0,2 außerhalb der Achse liegt, aiii'
der das Licht zum Reflektor läuft.
Die lichtrichtenden Vorsprünge auf dem Bogenmaterial nach .b;r
vorliegenden Erfindung können zusätzlich zu den Ln Fig. I mil
2 gezeigten andere Formen annehmen. Obgleich ein;} flache ;il· ηή
Flache für die Vorsprünge erwünscht ist, da sie dauerhaft ;:i·
ist, Lassen sich auch andere Konfigurationen verwenden - -inschließLLch
spitzer Flächen, so daß der Vorsprung wie -:in .ιίίς;;-zahn
vorsteht. Die neigung der Kantenflächen läßt ülch ιιηί; ;r~
schiedlich wählen, obgleich für ein Werkstoff mit ein.im l· stimmten
Brechungsindex bestimmte Winkel die betten Eiy;-ihni ..^
bringen, ίίο erlauben bestimmte Winkel, daß ein honor Ant;i I
(vorzugsweise mindestens 75'w) des auf die vordere Kanten!'! -i ·
ehe falLemden Lichts durch diese hindurchtritt und Ln J--n
vmnschensvMii'tnston ÜtrahLengang gebeugt und gaspLe^oLt :..ri i i.
E1Ur trapezförmige "Vorsprünge aus einem Werkstoff mit tiiri -ü
Brechungsindex von etwa 1,5 mit gleichen Winkeln zwischen t.:v
vorderen und der hinteren Kantenfläche und der Bogenebüh'- i i ·-
8 O 9 8 B Λ / 1 O S 9
ORIGINAL INSPECTED
ORIGINAL INSPECTED
gen die Winkel vorzugsweise zwischen etwa 4-5 und 60 , am besten
bei etwa 53°· Die Kantenflächen können aber auch außerhalb
dieses Bereichs geneigt sind; in der Tat läßt sich auch ein Vorsprung mit senkrecht hochstehender vorderer Kantenfläche
erfolgreich einsetzen.
Die Fig. 4- und 6 zeigen beispielhafte Abänderungen der Konfiguration
in der Draufsicht. Die Pig. 4- ist eine Draufsicht eines Bogenmaterials 26 mit karoförmigen Vorsprüngen 27, wie
sie bspw. für FahrSpurmarkierungen nützlich sind, auf die das Licht unter großen Horizontwinkeln fällt (der Horizontwinkel
ist der Winkel zwischen den einfallenden Lichtstrahlen und
einer Ebene, die rechtwinklig zur Längsachse des Bogenmaterials dieses entlang verläuft; in der Fig. 4- verläuft die Längsachse
von oben nach unten). Die in Fig. 1 und 2gezeigten rippenartigen Vorsprünge haben einen überraschend großen Bereich des
waagerechten Reflexionsvermögens - bspw. 30° oder mehr - beiderseits
der in Längsrichtung verlaufenden Ebene, was für einen großen Anteil von FahrSpurmarkierungen gut ausreicht. Eine
Karogestalt - insbesondere in der in Querrichtung langgestreckten Form der Fig. 4· - erbringt jedoch einen breiteren Bereich
des waagerechten Reflexionsvermögens.
Die in Fig. 5 gezeigten quadratischen Vorspränge sind nützlich
für Markierungen, wenn der Verkehr auf einer Fahrbahn auch in Querrichtung erfolgt - bspw. auf einer Kreuzung. Andere rechteckige Vorsprünge, bei denen die Länge entlang der Achse des
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283113Ci
Bogenmaterials im Verhältnis zur Länge in Querrichtung mindestens
50fr beträgt, sind ebenfalls einsetzbar. Die in I1Ig.
gezeigten gekrümmten Vorsprünge 30 haben ein erhöhtes waagerechtes Reflexionsvermögen.
Die Vorsprünge können auch gekrümmt sein, wie es bei y\ auf
der oberen Schicht 32 der 51Ig. 7 gezeigt ist. Die transmissions-
und Reflexionsflachen der Vorsprünge sind jedoch vorzugsweise
eben, so daß die erx-ninschten Winkel zwischen den einfallenden Lichtstrahlen und den Kantenflächen erhalten
bleiben.
Je kürzer die Vorsprünge, desto folienartiger wird das Eogenmaterial
nach der vorliegenden Erfindung und desto widerstandsfähiger ist es gegen Schneepflüge. Im allgemeinen haben, die
Vorsprünge eine Höhe von nicht mehr als etx^a 5 mm (die Höhe
der Vorsprünge ist die Höhe über dem umgebenden Bogenmaterial). Für die meisten Aiisführungsformen des flexiblen Bogenmaterials
(d. h. das sich zur Lagerung zu Rollen aufwickeln läßt) haben die Vorsprünge eine Höhe von nicht mehr als etwa 3 ehu. Vorsprünge
mit einer Höhe von einem Millimeter und weniger weisen eine brauchbare ITaßreflexion auf 5 derartige Vorsprünge
sind für Fahrbahnmarkierungen bevorzugt.
Der Längsabstand zwischen den Vorsprüngen sollte auf ihre Höhe abgestimmt werden. Eine gex-ninschte Dichte für die Vorsprünge
läßt sich mit dem Verhältnis (R) des Abstands zwischen den
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293113ft
Vorsprüngen und ihrer Höhe "beschreiben. Der Abstand zwischen
den Vorsprüngen ist die Entfernung zwischen der untersten Linie
der vorderen und der hinteren Kantenfläche zweier nebeneinanderliegenden Vorsprüngen. Die folgende Tabelle gibt die Anzahl
der Vorsprünge des in den S1Xg. 1 und 2 gezeigten Typs an,
die pro Längenmeter auf Bogenmaterial mit unterschiedlichen brauchbarem Ε-Verhältnis enthalten sind. Dabei basierte die
Berechnung auf der Annahme, daß der Zusammenhang zwischen den Abmessungen, eines Vorsprungs für Vorsprünge unterschiedlicher
Höhe erhalten bleibt. Das R-Verhältnis für eine Matrix von Vorsprüngen,
wie die JPig. 4 sie zeigt, basiert dabei auf einer Serie von Vorsprüngen entlang einer gemeinsamen Achse, d.h.
die Vorsprünge 27a, 27b, 27c, usw.
Höhe des Anzahl der Vorsprünge pro Längenmeter des Bogenmateri-Vorsprungs
als für unterschiedliche Werte des R-Verhältnisses
(mm) R=O, 5 K=I R = 5 R = 10 R =
0,25 1600 1330 570 333 80
0,50 800 665 285 176 39
0,75 532I- 44-5 180 111 25
1,00 400 333 142 83 19
1,50 267 222 95 56 13
2,00 200 168 71 4-2 10
3,00 134 110 48 28 6
4,00 100 83 35 21 5
4/1058
~22~ 283113a
Im allgemeinen sollten die Vorsprünge in einer Anzahl vorliegen,
daß das angegebene Verhältnis nicht größer als 50:1 und vorzugsweise nicht größer als 5:1 ist. Vorzugsweise ist dieses
Verhältnis mindestens gleich 0,5, obgleich, wie unten gezeigt, auch R-Verhältnisse gleich null brauchbar sind.
Die Fig. 8 ist ein Diagramm, das Leuchtstärke als Funktion des Einfallswinkels für eine Anzahl von Bogenmaterialien zeigt,
wie sie in Fig. 1 und 2 gezeigt sind. Dabei wiesen die unterschiedlichen Bogenmaterialien der Gruppe unterschiedliche Längsabstände
zwischen den Vorsprüngen auf. Die Vorsprünge waren 0,76 mm hoch und hatten einen Winkel der ersten und zweiten
Kantenfläche von 53°· Das Reflexionsvermögen ist dabei in
Candela des reflektierten Lichts pro Lux des einfallenden Lichts und Quadratmeter Fläche des Bogenmaterials angegeben.
Die Kurve 1 zeigt das Reflexionsvermögen für Bogenmaterial ohne einen Abstand zwischen den Vorsprüngen (R = 0); die Kurve
2 gilt für einen Abstand von 1,78 mm, die Kurve 3 für einen Abstand von 3»56 mm und die Kurve 4- für einen Abstand von
23,6 mm.
Zum Vergleich bei der Auswertung der Kurven sei darauf verwiesen, daß typische mit Glasperlen versetzte aufgestrichene
ο Markierungslinien nicht mehr als 0,2 cd/lx.m bieten. Es sind
also alle der in Fig. 8 gezeigten Abstände besser als mit Glasperlen versetzte aufgestrichene Farblinien, und dies über breite
Vinkelbereiche. Die Niveauschwankungen in Fahrbahnoberflä-
809884/10S8
chen "bedeuten, daß Lichtstrahlen iron sich nähernden Fahrzeugen
einige Teile einer gradlinig verlaufenden Fahrbahnmarkierung unter geringeren Einfallswinkeln - bspxtf. 75 oder weniger
- treffen. Das Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung
ist infolge des breiteren nutzbaren Winkelbereichs sehr vorteilhaft.
Für das Bogenmaterial der Kurve 1, bei dem zwischen den Vorsprüngen
keinerlei Abstand vorliegt, reduzieren vermutlich Beugungseffekte die Reflexion bei hohen Einfallswinkeln«, Um
eine gewünschte Verbesserung gegenüber herkömmlichen Glasperlen-Markierungen bei üblichen hohen Einfallswinkeln mit 0,75 mm
hohen Vor Sprüngen (vergl. Fig. 8) zu erreichen, sollte zwischen den Rippen ein Abstand von mindestens etwa einem Millimeter
(entsprechend einem R-Verhältnis von etwas mehr als 1) und
vorzugsweise mindestens etwa 3 mm (R = 4-) vorliegen»
Die Kurven zeigen weiterhin, daß ein Abstand von mindestens 20 mm eine sehr helle Reflexion bei sehr hohen Einfallswinkeln
ergibt, eine nützliche Eigenschaft. Große Abstände erhöhen
auch den Anteil eines Vorsprungs, der vom einfallenden Licht
erfaßt wird, und halten dadurch die Auswirkung des Verschleißes auf die Spitze gering. Ein enger Abstand verbessert jedoch den
Schütz gegen einen Vollkontakt durch die Fahrzeugreifen, wie
er bei herkömmlichen angehobenen Fahrbahnmarkierungen oft auf= tritt. Der Abstand von 0, 1, 3 und 20 mm, wie oben für 0*75
mm'hohe Vorsprünge angegeben, entspricht etwa 50/um, 70/iam,
809884/1058
170/um und 890/um hohen Bändern, mit denen die vordere Kantenfläche
der Rippe jeweils bei einem Lichteinfallswinkel von 88° offenliegt.
Obgleich das in Fig. 1 und 2 gezeigte Bogenmaterial 10 auf der internen Reflexion von Licht an der hinteren Kantenfläche 21
beruht, kann eine Reflexion auch durch eine Beschichtung aus spiegelnd reflektierenden Material auf der hinteren Kantenfläche
verursacht werden. Derartige Beschichtungen - bspw. aus aufgedampftem Metall - werden vorzugsweise mit einer Polymerisatschicht
abgedeckt, um sie gegen Witterung und den Verschleiß durch den überrollenden Verkehr zu schützen. Spiegelschichten
auf der hinteren Kantenfläche sind auch dahingehend nützlich, daß das Bogenmaterial nur Licht rückstrahlt, das auf
das Band aus einer bestimmten Richtung einfällt.
Das beispielhafte Bogenmaterial 10 nach der vorliegenden Erfindung,
wie es die Fig. 1 und 2 zeigen, weist eine Deckschicht 34- auf, die von den Würfeleckenelementen 15 beabstandet ist
und diese gegen Feuchtigkeit und andere Verschmutzung schützt, die ihre Reflexionseigenschaften beeinträchtigen würde. Rückstrahlende
Würfeleckenelemente lassen sich mit einem spiegelnd reflektierenden Material beschichten, damit bspw. ein Kleber
oder ein anderes Material unmittelbar auf die beschichteten Wurfeleckenflächen aufgebracht werden kann. Die Rückstrahleigenschaften
sind jedoch im allgemeinen besser, wenn die Außenflächen der Würfeleckenelemente unbeschichtet sind und
809384/1058
eine Luftzwischenschicht aufweisen.
Geeignete Verfahren, um eine Deckschicht auf eine Würfeleckenfläche
aufzubringen, gehen aus der GB-PS 1.476.447 und den US-PSn 3.190.178 und 4.025.159 hervor, auf die hier Bezug genommen
ist. Die in I1Xg. 4 gezeigte Deckschicht 34- weist zwei
Lagen auf - eine Traglage 35 und eine Lage 36 au.3 wärmeformbarem ("thermoformable") Material, die auf der Traglage angeordnet
und in die ein Muster aus erhabenen Flächenbereichen
37 eingeformt ist. Legt man die Deckschicht 34- auf die Würfeleckenfläche
des konfigurierten Bogens 11 und preßt die Anordnung aus den verschiedenen Schichten und Lagen zwischen zwei
beheizten Platten, verformen sich die Bindestellen 37 an den Berührungsstellen mit der Würfeleckenfläche. Alternativ handelt
es sich bei der Lage 36 um eine Schicht mit konstanter
Dicke und ist in eine der Platten ein Muster aus erhabenen Leisten eingeformt. Preßt man die Platten aufeinander, verformt
sich die Schicht 36 zu Bindestellen 37 5 d-ie auf der
Wurfeleckenfläche aufliegen. Reichen die Wärme und der Druck
aus, können sich die Würfeleckenelemente auch in den gepreßten
Bereichen verformen.
Wie am Boden des beispielhaften Bogenmaterials 10 der Fig. 7
gezeigt, befindet sich dort vorzugsweise ein Netzwerk aus miteinander verbundenen schmalen Bindestellen 37» die eine Vielzahl
hermetisch abgeschlossener Zellen 38 bilden. Nach dem Prägeschritt bleibt dann die Deckschicht von der Wurf elecken-
§09884/1053
" 26 " 283113a
schicht beabstandet. Ein nur sehr geringer Abstand - bspw. der einer monomolekularen Luftschicht - reicht aus, um die
Grenzfläche auszubilden, an der sich die gewünschten, optischen Effekte erzielen lassen.
Wie die US-PS 4.025-159 zeigt, kann man das wärmeformbare
Material der Schicht 36 vorzugsweise durch Bestrahlen zu einem
verhältnismäßig schmelzsicheren und unlöslichen Zustand nach dem Wärmeformen härten. Eine Elektronenbestrahlung ist für
diesen Härteschritt besonders erwünscht, da sie schnell ist, die aufgewandte Energie wirkungsvoll einzusetzen gestattet
und sich leicht unter Kontrolle halten läßt.
Weiterhin lehrt die US-I'S 4.025· 159, eine Schicht Glasmikrokügelchen
in die Oberfläche der wärmeformbaren Schicht ?b
einzubetten, so daß sie unter den Uürfeleckenelementen liegt
(vergl. auch die US-PS 3.140.340). Eine solche Schicht am; G-Lasmikrokügelcheri kann die gesamte Rückstrahlung verbessern,
indem sie Licht rückstrahlt, das durch die Wurfeleckeiieleiu-mte
hindurchtritt und nicht von ihnen riickgestrahlt wird. In anderen
Bogenmaterialien nach der vorliegenden Erfindung li'i^eii
GlasmikrokügeLehen als einzige rückstrahlende Elemente vor.
Ein derartiges rückstrahlendes Bogenmaterial weist einen 'lern Deckblatt entsprechenden Bogen auf, der eine Schicht Nikrokügelchen
trägt. Der konfigurierte Bogen (entsprechend dom Bogen 11 der ITig. 2) weist jedoch eine flache Unterseite ohne
eingeformte Würfelecken auf.
809884/1058
" 27 ~ 253
Das Deckblatt 34 in dem beispiellxaf ten Bogenmaterial 10 trägt
eine Schicht eines Klebers 39 > mit dem das Band auf einer
Fahrbahn 40 aufgeklebt werden kann. Der Kleber kann dabei ein Material sein, das zum Zeitpunkt des Aufbringens des Bandes
auf die Fahrbahn normalerweise klebrig ist. Insbesondere sind druckempfindliche Kleber erwünscht. Bei dem Kleber kann es
sich jedoch auch um einen wärme aktivierbaren und auch um einen
härtbaren Kleber handeln. Anstatt daß das Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung einen Kleber trägt, kann man diesen
auch unmittelbar auf die Fahrbahnoberfläche auftragen.
Die konfigurierten Schichten in Bogenmaterialien nach der vorliegenden
Erfindung lassen sich aus einer Vielzahl von Stoffen
- bspw. thermoplastischen Werkstoffen wie Acrylpolymerisaten Folien auf (Polymethylmethacrylatbasis sind derzeit bevorzugt,
bspw. hinsichtlich der witterungsbeständigkeit), Polycarbonate,
Polyurethane, Polyamide, Polyester und Polyvinylchloride und aus vernetzenden Stoffen wie Acrylpolymerisaten und flexibilisierten
Zusammensetzungen auf Epoxyharzbasis herstellen.
Die konfigurierten Bögen stellt man am besten durch Gießen
oder Auspressen einer Schmelze auf eine entsprechend gestaltete Formfläche und Härten des gegossenen oder ausgepreßten Materials
her, aber auch durch das Aufpressen vorgeformter flacher
Folien auf Formflächen.
Die konfigurierten SoMuUiten im Bogenmaterial nach der vorliegenden
Erfindung sowie ein Kleber, der dazu dient, sie mit-
" .' 80S884/1Q58
— PR
einander zu verkleben, sollten hoch transparent sein, können
aber auch mit transparenten Farbstoffen oder Pigmenten gefärbt
sein, damit das Bogenmaterial eine natürliche und intensive Färbung für Tages- oder rückgestrahltes Licht erhält. Die Aufnahme
einer Farbe in eine der konfigurierten Schichten ist im allgemeinen die bevorzugte Methode, das Bogenmaterial zu färben.
Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert
werden.
Getrennte Folien aus schlagmodifiziertem ("impact modified") Polymethylmethacrylat wurden in einer Platte zu einer oberen
und einer unteren Schicht gepreßt, wie die Fig. 1 zeigt. Die obere Schicht hatte eine Dicke von 0,125 mm im Stegbereich
zwischen den Vorsprüngen, während die Vorsprünge 0,75 ™ hoch
waren. Die obere Fläche jedes Vorsprungs maß in Längsrichtung des Bogenmaterials 0,65 hh&j während die erste und die zweite
Kantenfläche einen Winkel von 53 zur Ebene der Oberschicht
einnahmen. Die Vor Sprünge waren auf Linien mit einem Längsabstand
von 3»56 *™ über die Länge des Bogenmaterials zentriert.
Die Basisschicht war mit Vürfeleckenelementen mit einer Höhe von 140/um in dem in Fig. 3A gezeigten Muster konfiguriert.
Die nichtkonfigurierten Flächen der oberen und der unteren
Schicht wurden mit einer dünnen Schicht eines Klebers verklebt, der in einem Lösungsmittel auf einem siliconbeschichteten
809884/1058
Papierunterlage zu einer Dicke von 25/Um getrocknet und dann
auf die obere Schicht aufgedrückt wurde. Der Träger wurde entfernt und die offenliegende Kleberschicht auf die Unterschicht
des Bogenmaterials gepreßt. Eine Deckschicht aus einer 15 /um dicken Folie aus Polyäthylenterephthalat, die eine 5/um
dicke wärmeformbare Schicht aus einem Mischpolymerisat von
Äthylenterephthalat mit Isoterephthalat trug, wurde in einem
Netzmuster wärmegeformt, um die Decklage auf der Würfeleckenflache
zu befestigen. Eine 125/um dicke Schicht eines druckempfindlichen
Gummiharzklebers auf Butylgummibasis, der zuvor
auf eine Uhterlagenfolie aufgetragen worden war, wurden dann auf die offenliegende Oberfläche der Deckschicht aufgetragen
und die Unterlage als Schutz für den Kleber beibehalten. In Labortests wies das resultierende Bogenmaterial eine sehr
starke Anfangsreflexion auf und behielt ein nutzbares Reflexionsniveau
unter simuliertem Verkehr über einen ausgedehnten Zeitraum bei.
Eine Deckschicht, wie sie die Fig. 4· zeigt, wurde hergestellt,
indem zwei Gruppen einander schneidender lullen (unter einem Schnittwinkel von 30°) in eine 1,5 mm dicke Folie aus PoIymethylmethacrylat
eingeschnitten wurden. Die Rillen hatten eine Tiefe von 0,75 mm, eine Breite von 1,9 mm und einen Basisabstand
von 1,70 mm; der Flächenwinkel der zwischen den Rillen verbleibenden Vorsprünge betrug 53°- Ein etwa 100 χ 100 mm
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-30- 203113a
großes Stück der resultierenden Deckschicht wurde auf die flache Oberseite einer ¥ürfeleckenfolie aufgelegt, wie sie das
Beispiel 1 beschreibt. Das Reflexionsvermögen des Verbunds x-nzrde unter verschiedenen Horizontwinkeln mit Licht unter einem
vertikalen Einfallswinkel von 86° und einem Betrachtungswinkel
von 0,2° gemessen. Die Fig. 10 zeigt die Ergebnisse in Caridela
pro Lux und Quadratmeter.
Eine Deckschicht, wie die Fig. 5 sie zeigt, wurde hergesbeLLb,
indem zwei Gruppen von Rillen rechtwinklig zueinander in eine 1,5 mm dicke Folie aus Polymethylmethacrylat eingeschnitten
wurden. Die Rillen hatten eine Tiefe von 0,75 nmij eine Brei.fco
von 1,78 miD· und einen Abstand von 1,78 imD- bh der Basis; sie
spannten an den zwischen den Rillen verbleibenden Vorsprängen einen Flächenwinkel von 53° auf. Ein etwa 100 χ 100 mm grolJor;
Stück der resultierenden Decklage wurde auf die flache Oberseite einer Wiirfeleckenfolie aufgelegt;, wie sie in Beispiel L
beschrieben isb. Das Reflexionsvermögen des resultierenden Verbunds wurde unber verschiedenen Horizonbwinkeln mib Lichb
mib einem verbikaleri Einfallswinkel von 86° und einem Betrachtungswinkel
von 0,2° gemessen. Die Fig. 11 zeigt die Ergebnisse
in Gandela pro Lux und Quadratmeter.
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Leerseite
Claims (12)
1. Rückstrahlendes Bogenmaterial zum. Aufbringen auf ein Substrat
wie eine Fahrbahn, mit einer rückstrahlenden Schicht, die in der Ebene des Bogenmaterials verläuft, dadurch gekennzeichnet
, daß über der rücksfcrahlenden Schicht eine
lichtrichtende Schicht liegt, die kurze transparente Vorsprünge enthält, die in Reihen entlang einer Längsachse
angeordnet sind und eine vordere, aufwärts quer zur Längsachse verlaufende Kantenfläche, die einen hohen Anteil des
unter hohem Winkel auf die Fläche einfallenden Lichts durchläßt,
und eine hintere, aufwärts vorstehende Kantenfläche aufweist, die das hindurchgetretene Licht abwärts richtet,
so daß es von der rückstrahlenden Schicht rückgestrahlt werden kann, und das von der Schicht rückgestrahlte Licht
durch die vordere Kantenfläche zur Lichtquelle zurück abstrahlt.
809804/1058
ORIGINAL INSPECTED
2. Bogenmaterial nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß
es sich "bei der rückstrahlenden Schicht um eine Folie handelt, die auf der Unterseite mit rückstrahlenden Würfeleckenelementen
konfiguriert ist.
3. Bogenmaterial nach Anspruch 2, gekennzeichnet weiterhin
durch eine Decklage, die von den rückstrahl enden Würfeleckenelementen über den größten Teil ihrer Fläche beanstandet,
aber mit der die Würfeleckenelemente tragenden Oberflächen über ein Netz von Bindestellen verbunden ist.
4-. Bogenmaterial nach Anspruch 35 dadurch gekennzeichnet, daß
die Deckfolie eine Schicht Mikrokügelchen trägt, um durch die rücksbrahlenden Würfeleckenelemente hindurchgetretenes
Licht rückzustrahlen.
5. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vorsprünge einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, dessen Schenkel die vordere und die
hintere Kantenfläche bilden.
6. Bogenmaterial nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet,
daß der Winkel zwischen der vorderen und der hinteren Kantenfläche und der Ebene des Bogenmaterials gleich sind.
7· Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die hintere Kantenfläche mit einem
809884/1058
spiegelnd reflektierenden Material beschichtet ist.
8. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7>
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge in der Draufsicht karoförmig
sind.
9. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 Ms 8, dadurch
gekennz ei chne t, daß die Vorsprünge in der Draufsicht rechteckig
sind und in der Längsrichtung des Bogenmaterials mindestens 50% der Querdimension messen.
10. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 "bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die VorSprünge weniger als 5 mm hoch
sind.
11. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vor Sprünge weniger als etwa einen
Millimeter hoch sind.
12. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge in einer Dichte vorliegen,
daß sich ein Verhältnis des LängsabStandes zwischen
den Vorsprüngen zu ihrer Höhe von nicht mehr als etwa 50:1 ergibt.
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13· Bogenmaterial nach, einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die Torsprünge in einer Dichte vorliegen, die ein Verhältnis des LängsabStandes zwischen den
Yorsprüngen zu ihrer Höhe von nicht mehr als etwa 5*1
ergibt.
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