DE3409915A1

DE3409915A1 - Vorrichtung zur verhinderung der tau- und reifbildung auf verkehrszeichen

Info

Publication number: DE3409915A1
Application number: DE19843409915
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Phys. 1000 Berlin Trubiroha
Original assignee: Beiersdorf AG
Current assignee: Beiersdorf AG
Priority date: 1984-03-17
Filing date: 1984-03-17
Publication date: 1985-09-26
Also published as: EP0155572A3; EP0155572A2

Description

BEIERSDORF AKTIENGESELLSCHAFT HAMBURG

Vorrichtung zur Verhinderung der Tau- und Reifbildung auf Verkehrszeichen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verhinderung der Tau- und Reifbildung auf Verkehrszeichenträgern (Verkehrsschildern), die retroreflektierend ausgerüstet, insbesondere mit retroreflektierenden Folien beklebt sind.

Retroreflektierende Verkehrsschilder haben im Hinblick auf die ständig zunehmende Verkehrsdichte in den vergangenen Jahren eine stetig steigende Bedeutung gewonnen. Sie zeichnen sich gegenüber konventionellen Verkehrsschildern durch eine außergewohnliche Leuchtkraft und deutliche Erkennbarkeit schon auf große Distanzen aus und tragen dadurch erheblich zur Verkehrssicherheit bei.

Das grundlegende Kennzeichen eines retroreflektierenden Materials ist seine Fähigkeit, einen leuchtenden Lichtkegel zur Quelle eines winklig ankommenden Lichtstrahls zurückzuleiten, d.h., daß Licht von einem Autoscheinwerfer, welches auf ein derartiges Material trifft, zu den Augen des Fahrers zurück reflektiert wird und bei diesem den Eindruck hervorruft, als sei das reflektierende Material selbst beleuchtet.

Um diese Aufgabe erfüllen zu können, ist es erforderlich, daß bei derartigen retroreflektierenden Verkehrszeichen die Oberfläche, die insbesondere aus einer aufgeklebten retroreflektierenden Folie bestehen kann, glatt und optisch klar ist.

Die tropfenförmige, optisch streuende Tau- und Reifbildung in Form von Teilchen um 0,1 mm Größe auf diesen Folien, die sich an bis zu 250 Tagen im Jahr in den Nachtstunden durch Abkühlung der Folienoberfläche unter die Taupunkttemperatur der umgebenden Atmosphäre ergibt, wenn aufgrund der effektiven Ausstrahlung die Energiebilanz der Folienoberfläche negativ ist, wirkt ähnlich wie eine in dem oben beschriebenen Strahlengang angebrachte Streuscheibe, wie dies aus . Fig. 5 für ein retroreflektierendes Klebeband ersichtlich ist. Das zum Fahrzeug zurückreflektierte Licht wird wesentlich abgeschwächt und der optische Kontrast zwischen verschiedenfarbigen Flächen wird kleiner. Das Ergebnis ist, daß der Informationsinhalt eines solchen betauten oder bereiften Verkehrszeichens von dem Fahrzeugführer wesentlich schlechter erkannt wird.

Es ist bekannt, zur Verhinderung einer tröpfchenförmigen Betauung von optischen Flächen, z.B.

den Linsenoberflächen von Brillen oder der Scheibe eines Kraftfahrzeugs, wie auch zur Verhinderung des Beschlagens von reflektierenden Oberflächen hydrophile Beschichtungen auf die Flächen aufzutragen, die durch Härtung in einen wasserunlöslichen, fest haftenden Zustand überführt werden (vgl. z.B. DE-PS 1 928 409).

Eine solche hydrophile Beschichtung, die die freie Energie der Oberfläche erhöhen und diese mit Wasser leicht benetzbar machen soll, - in der Patent-

literatur auch als Antibeschlag - oder Antischleiermittel bezeichnet -, bewirkt eine vollständige Benetzung dieser Flächen. Es bilden sich bei der Betauung keine optisch streuenden Tröpfchen, sondern ein dünner, optisch klarer Wasserfilm auf diesen Beschichtungen.

Derartige hydrophile Beschichtungen sind jedoch relativ wenig beständig gegen mechanische und Witterungseinflüsse und weisen häufig nicht die erforder-TO liehe Lichtechtheit auf..Sie werden daher bei einer mechanischen Reinigung der Flächen leicht abgetragen. Zudem vermögen sie die ebenfalls lichtstreuende Eis- und Reifbildung nicht zu verhindern.

Zur Verhinderung des Beschlagens von retroreflektierenden Verkehrsschildern wurde weiterhin vorgeschlagen, die Rückseite des Schildes über die ganze Fläche mit einem wärmedämmenden Belag aus Schaumstoff, z.B. Polyurethanschaum, zu belegen und fest mit diesem Belag zu verbinden (AT-PS 357 069). Praktische Versuche haben jedoch ergeben, daß sich durch diese Maßnahme keineswegs in allen Fällen ein befriedigendes Ergebnis erzielen läßt.

Eine weitere bekannte Lösung zur Verhinderung

der Betauung von Oberflächen von Gegenständen besteht in der Anbringung einer künstlichen, meistens elektrisch versorgten Heizung an diesen, die dafür sorgt, daß die Temperatur der Oberflächen nicht unter die der Umgebung absinkt. Diese Lösung wird z.B. bei meteorologischen Regenmeldern verwendet. Sie hat den Nachteil, daß sie nur in der Nähe von elektrischen Versorgungsleitungen realisierbar ist und bei größeren Oberflächen aufgrund des Energiebedarfs hohe Kosten verursucht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisherigen Methoden zu überwinden und sowohl die Betauung als auch die Reifbildung von retroreflektierenden Verkehrszeichen durch eine dauerhafte konstruktive Maßnahme ohne künstliche Energieversorgung zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die durch Strahlungsverluste in den Himmelshalbraum verursachte Abkühlung der Oberfläche eines Verkehrs zeichens unter die Taupunkttemperatur der umgebenden Luft durch natürliche Wärmestrahler, die über und vor dem Verkehrszeichen angebracht werden, ausgeschlossen wird.

Gegenstand der Erfindung ist somit eine Vorrichtung zur Verhinderung der Tau- und Reifbildung auf retroreflektierenden Verkehrszeichenträgern, die dadurch gekennzeichnet ist, daß über und vor dem Verkehrszeichen träger (Verkehrsschild) ein natürlicher, ohne Zufuhr von Fremdenergie funktionierender Wärmestrahler bzw. Wärmereflektor angeordnet ist, der für den Mittelpunkt des Schildes einen Raumwinkel von mindestens 0,8 sr (Steradiant) , vorzugsweise einen Raumwinkel von 1,6 sr bis 2,2 sr, abdeckt.

(Die Raumwinkeleinheit 1 Steradiant (sr) wird definiert als der räumliche Winkel, der aus einer um seinen Scheitel gezeichneten Kugel mit dem Radius

2
r=1 m die Fläche A = 1 m ausschneidet).

Das retroreflektierende Material kann erfindungsgemäß aus unterschiedlichem Material bestehen, insbesondere aus einer retroreflektierenden Folie, die bedingt durch die aus Glaskugel- und Bespiegelungs-

schicht bestehende Reflexionsschicht ein ausgezeichnetes Reflexionsvermögen aufweist. Darüber hinaus sorgt bei derartigen Folien die Kunststoffschicht (Decklackschicht bzw. Decklackschichten) für einen guten Verbund der Folie und schützt sie ausreichend gegen Verschleiß, wohingegen die Kleberschicht (Selbstklebeschicht) eine haltbare Haftung und ein festhaftendes Fixieren auf dem Verkehrszeichenträger (Verkehrsschild) gewährleistet. Darüber hinaus kann das retroreflektierende

Material aus einem solchen Material bestehen, das auf seiner dem zu reflektierenden Licht zugewandten Seite eben ist, deren andere Flächen jedoch nach einem regelmäßigen Muster gleichmäßig verteilte und eng aneinanderliegende Tripelspiegel aufweisen.

Der insbesondere aus eloxiertem Aluminium gefertigte Wärmestrahler (Wärmereflektor) ist vorzugsweise rechtecktig ausgebildet und zweckmäßig direkt an der Oberkante des Verkehrsschildes befestigt. Dabei können an beiden Seiten des Verkehrsschildes zusätzliehe Wärmestrahler (Wärmereflektoren) angeordnet sein. Auch ist es vorteilhaft, zwischen der Anbringstelle des Wärmestrahlers (Wärmereflektors) am Verkehrsschild und dem Wärmestrahler (Wärmereflektor) selbst einen offenen Bereich (Öffnung) vorzusehen, der die natürliehe Reinigung der retroreflektierenden Folienoberfläche bei Regeneinwirkung ermöglicht.

Nach einer weiteren Ausführungsart gemäß der

Erfindung kann der Wärmestrahler (Wärmereflektor) auch aus mehreren geneigten, parallel und im Abstand zueinander angeordneten lamellenförmigen Wärmestrahlern bestehen. Durch diese Ausführungsart können Wind- und Schneelast auf dem Verkehrsschild sowie der Material verbrauch bei der Herstellung des Wärmestrahlers

erheblich reduziert werden.

Die mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß zur Verhinderung der lichtstreuenden Tau- und Reifbildung weder eine im allgemeinen wenig beständige hydrophile Beschichtung der Oberfläche oder ein wärmedämmender Belag auf der Rückseite noch eine kostenintensive künstliche Energieversorgung erforderlich ist. Die Tau- und Reifbildung auf der Oberfläche eines Verkehrszeichens wird durch Reduzierung der Strahlungsverluste, die sich aufrund der negativen Strahlungsbilanz

ergeben,

mit M ^: Energieabgabe der Oberfläche durch die infrarote Ausstrahlung

E : Energiezufuhr durch die Gegenstrahlung aus

dem Himmelshalbraum als Folge des Wasserdampfund Kohlendioxidgehalts der Atmosphäre

E_: Energiezufuhr durch die Gegenstrahlung des E

Erdbodens, von Pflanzen und Gebäuden,

mit Hilfe von natürlichen Strahlungsquellen verhindert.

Für die Folienoberfläche eines Verkehrszeichens, die sich fast täglich in den Nachstunden durch Strahlungsverluste unter die Temperatur t, ^der umgebenden Luft abkühlt, läßt sich folgende Energiebilanz aufstellen :

mit L: Energiezufuhr durch Wärmeleitung aus dem Träger der Folie

E: Energiezufuhr durch Wärmeleitung aus der umgebenden Luft.

Die Strahlungsverluste werden durch die Größen L und E kompensiert. Vor allem in Nächten mit aufklarendem Himmel (an bis zu 250 Nächten im Jahr), sind die o.g. Strahlungsverluste so hoch, daß sogar die Taupunkttemperatur t, der umgebenden Luft an der TO Folienoberfläche unterschritten wird, die Energiebilanz der Oberfläche hat dann die Form

M₁. = E_A + E_E + L + E + K

mit K: Energiezufuhr durch die Kondensationsenergie

bei der Tau- und Reifbildung auf der Oberfläche.

Wie diese Energiebilanz zeigt, kann die Tau- und Reifbildung verhindert werden, wenn die Energiezufuhr durch die Größen E_n, E₁ L und E erhöht wird und die Temperatur t der Folienoberfläche t. = t t ist. Die Energiezufuhr durch E. L und E läßt sich bei vertikalen Verkehrszeichen -Flächen nur durch Maßnahmen erhöhen, die eine externe Energieversorgung erfordern, z.B.

E durch die Erhöhung der Windgeschwindigkeit (Wärmeübergangszahl!) mit Hilfe eines Ventilators

L durch eine elektrisch versorgte Heizung des Zeichenträgers

E durch elektrisch beheizte Wärmestrahler, die am Erdboden montiert sind.

Ohne eine externe Energieversorgung läßt sich nur die Energiezufuhr durch die Größe E. erhöhen, indem erfindungsgemäß die in den Nachtstunden schwache Gegenstrahlung kalter Höhenschichten der Atmosphäre durch die Strahlung von natürlichen flächenförmigen Wärmestrahlern der Temperatur t t erhöht wird.

Ist die vertikale Anordnung der Verkehrszeichenträger-Flächen nicht zwingend erforderlich, so kann erfindungsgemäß auch die Energiezufuhr durch E_n, erhöht werden, indem die das Verkehrszeichen tragende Fläche um einen kleinen Winkel (bis etwa 20°) nach vorn

geneigt wird. Da bei dieser Maßnahme die Bestrahlungsstärke von E schneller zunimmt als E abnimmt, wird E "■

die Summe der Energiezufuhr E + E_E größer. L und E bleiben gleich.

Flächenförmige Wärmestrahler und geneigte Verkehrs zeichenträger-Fläche können auch miteinander kombiniert werden, es sind dann kleinere Wärmestrahlerflächen erforderlich. Im Hinblick hierauf hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn bei einem um 15° nach vorn geneigten Verkehrsschild der Wärmestrahler bzw. Wärmereflektor so angeordnet ist, daß er für den Mittelpunkt des Schildes einen Raumwinkel von 1,0 sr bis 1,7 sr abdeckt.

In . ¹⁷¹Jn-. A ist die effektive Ausstrahlung g = M - E in Abhängigkeit von der Zenitdistanz

ζ T, Z A, Z
Z bei zwei extremen Wasserdampfdrücken e am Erdboden dargestellt (nach B. Lindenbein: "Meteorologische Abhandlungen des Instituts für Meteorologie und Geophysik der FU Berlin, Band 72 (1967) Heft 3).

Die Figuren 1 bis 4 sind perspektivische Ansichten verschiedener Ausführungsarten der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Verhinderung der Tau- und Reifbildung.

In Fig. 1 ist ein durch Stege 5 gehaltener und am Verkehrszeichenträger 3 befestigter rechteckiger

Wärmestrahler 1 dargestellt, der aus beschichtetem Metall, z.B. eloxiertem Aluminium, oder aus Kunststoff besteht. Mit 2 ist die retroreflektierende Verkehrszeichenfolie bezeichnet.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei der ein rechteckiger Wärmestrahler 1 direkt an der Oberkante des Verkehrszeichenträgers 3 befestigt ist. Seitlich angebrachte Wärmestrahler 1a verhindern Strahlungsverluste an den Randzonen der Verkehrszeichenfolie 2.

Fig. 3 stellt eine Ausführung dar, die der gemäß Figur 2 ähnelt, jedoch an der Oberfläche des Verkehrszeichens eine öffnung 4 besitzt, die die natürliche Reinigung der Folienoberfläche 2 bei Regeneinwirkung ermöglicht und aufgrund der geringen Strahlungsverluste in den zenitnahen Bereich des Himmelhalbraums eine mit dem in Fig. 2 gezeichneten Wärmestrahler 1 vergleichbare Wirkung erzielt.

Fig. 4 zeigt eine Kombination aus mehreren, geneigten, parallel und im Abstand zueinander angeordneten lamellenförmigen Wärmestrahlern 1b, die als Einheit an der Oberkante des Verkehrszeichenträgers 3 befestigt sind. Diese Anordnung hat den besonderen Vorteil einer günstigen Auswirkung auf Wind- und Schneelast. Gleichzeitig kann bei der Herstellung eines solchen Wärmestrahlers der Materialverbrauch reduziert werden.

Außer den in den Figuren 1 bis 4 dargestellten Ausführungsarten kann die erfindungsgemäße Vorrichtung durch viele weitere Ausführungsarten verwirklicht

werden ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen. Stets muß jedoch bei der Anbringung des Wärmestrahlers am Verkehrszeichenträger beachtet werden, daß die Lesbarkeit des Schildes auf keinen Fall in irgendeiner Weise beeinträchtigt werden darf. Vielmehr muß die Beschriftung stets voll sichtbar bleiben.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zur Verhinderung der Tau- und Reifbildung auf retroreflektierenden Verkehrszeichenträgern, dadurch gekennzeichnet, daß über und vor dem Verkehrszeichenträger (Verkehrsschild) ein natürlicher, ohne Zufuhr von Freradenergie funktionierender Wärmestrahler bzw. Wärmereflektor angeordnet ist, der für den Mittelpunkt des Schildes einen Raumwinkel von mindestens 0,8 sr (Steradiant) abdeckt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrahler (Wärmereflektor) so angeordnet ist, daß er für den Mittelpunkt des Schildes einen Raumwinkel von 1,5 sr bis 2,2 sr abdeckt .

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrahler (Wärmereflektor) rechteckig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrahler (Wärmereflektor) direkt an der Oberkante des Verkehrsschildes befestigt ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Anbringstelle des Wärmestrahlers (Wärmereflektors) am Verkehrsschild und dem Wärmestrahler (Wärmereflektor) eine öffnung vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem über und vor dem Verkehrsschild angebrachten Wärmestrahler (Wärmereflektor) an beiden Stellen des Verkehrsschildes zusätzliche Wärmestrahler (Wärmereflektoren) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmestrahler (Wärmereflektor) aus mehreren geneigten, parallel und im Abstand zueinander angeordneten lamellenförmigen Wärmestrahlern besteht.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das retroreflektierende Verkehrsschild um einen kleinen Winkel nach vorn geneigt ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem um 15° geneigten Verkehrsschild der Wärmestrahler (Wärmereflektor) so angeordnet ist, daß er für den Mittelpunkt des Schildes einen Raumwinkel von ],0 sr bis 1,7 sr abdeckt.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmestrahler (Wärmereflektoren) aus beschichtetem eloxiertem Aluminium bestehen.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen ι bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückseite des Verkehrszeichens zusätzlich mit Konvektionslamellen versehen ist.