DE69107961T2

DE69107961T2 - Flexible, erhabene Fahrbahnmarkierung.

Info

Publication number: DE69107961T2
Application number: DE69107961T
Authority: DE
Inventors: Patrick E Murphy
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1990-10-23
Filing date: 1991-10-23
Publication date: 1995-11-23
Anticipated expiration: 2011-10-24
Also published as: JPH05346009A; ATE119601T1; DE69107961D1; EP0486168A1; CA2053023A1; US5069577A; EP0486168B1

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft erhabene Fahrbahnmarkierungen, die vor allem dazu dienen, Fahrspuren auf Straßen und Autobahnen sichtbar zu inachen. Sie betrifft insbesondere eine verbesserte Markierung, die von dem Räumschild eines Schneepfluges getroffen werden kann, ohne daß die Gefahr einer größeren Beschädigung der Markierung oder des Räumschildes besteht.

HINTERGRUND

Erhabene Fahrbahnmarkierungen bieten in trockenem oder in nassem Zustand ein höheres Maß an Sichtbarkeit bei Nacht, als dies durch aufgeinalte Linien und Bänder geboten wird. Sie heben sich aus dem Regenwasser auf der Straße hervor und können reflektierende Materialien für die Autofahrer in einem günstigeren Winkel sichtbar machen als flache Bänder. In den Bereichen, wo Schneepflüge eingesetzt werden, haben sie jedoch keine große Verbreitung gefunden, da sie durch die Schneepflüge entweder weggeschoben oder beschädigt werden oder ihrerseits die Räumschilde von Schneepflügen beschädigen können.
Eine Lösung für das Problem, eine dauerhafte Fahrbahnmarkierung für Bereiche mit Schneepflugbetrieb zu konstruieren, ist in US-A-1797498 beschrieben. Die in diesem Patent offenbarte Markierung besitzt ein Gehäuse in Form eines oben offenen zylindrischen Behälters, der einen Boden aufweist. In das Gehäuse ist ein kuppelförmiger Körper eingepaßt und kann vertikal in dem Gehäuse gleiten, wobei er durch eine Feder von dem Boden des Gehäuses nach oben vorgespannt wird.
Eine weitere Lösung für das Problem, eine dauerhafte Fahrbahnmarkierung für Bereiche mit Schneepflugbetrieb zu konstruieren, wird in US-A-4,297,051 vorgestellt. In diesem Patent wird eine verformbare Fahrbahnmarkierung dargestellt, umfassend einen flexiblen, zylindrischen Mantelabschnitt zum Einpflanzen in eine Straße; einen kuppelförmigen oberen Abschnitt, der einstückig mit dem Mantel ausgeformt ist und sich über die Straßenoberfläche erstreckt; und eine dem oberen Abschnitt zugehörige Reflexionseinrichtung. Das kuppelförmige Oberteil verformt sich, wie zu sehen ist, elastisch nach unten, wenn der Räumschild eines Schneepfluges darüberfährt, und nimmt wieder seine ursprüngliche Form an, wenn der Räumschild darüber hinweggeglitten ist.
Obwohl die Markierung gemäß US-A-4,297,051 einen Fortschritt im Stand der Technik darstellte, blieben Schwierigkeiten bei ihrer Konstruktion erhalten. Ihr mangelte es an der gewünschten Dauerhaftigkeit, und es war schwer, sie zum Rückstrahlen zu bringen.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es wurden große Bemühungen unternommen, um an dem Grundkonzept des US-Patents 4,297,051 Verbesserungen zu erzielen, und diese führten zur Konstruktion einer erhabenen Markierung, die dauerhafter ist und ein besser rückstrahlendes Element ist.
Gemäß dieser Erfindung wird eine Fahrbahnmarkierung geschaffen, umfassend einen hohlen Sockel, der unten offen ist und oben mit einer Kuppel abschließt, die eine Mitte aufweist, wobei das kuppelförmige Oberteil sich elastisch nach unten verformt, wenn es von einem Schneepflug oder sonstigen Fahrzeug getroffen wird, und wieder seine ursprüngliche Form annimmt, wenn der Schneepflug oder das Fahrzeug darübergefahren ist, wobei die Fahrbahnmarkierung dadurch gekennzeichnet ist, daß:
A. der Sockel eine gebogene Querschnittsform aufweist, die ausgewählt ist aus kreisrunden Zylindern, elliptischen Zylindern und Kegelstumpfformen;
B. die Kuppel folgendes aufweist:
(1) eine Außenfläche, die ungefähr einer Rotationsfläche von mindestens einem Abschnitt einer Sinuswelle entspricht, der so ausgerichtet ist, daß der dem Umfang des Sockels am nächsten gelegene Teil der Außenfläche eine Neigung besitzt, die wesentlich geringer ist als bei dem in der Mitte zwischen dem Umfang und der Mitte der Kuppel gelegenen Teil der Oberfläche;
(2) eine Querschnittsdicke, die in der Mitte größer ist als die durchschnittliche Dicke und am Umfang der Kuppel dünner ist als die durchschnittliche Dicke;
(3) mindestens zwei Rippen, die von ihrer Oberfläche hervorstehen;
C. die Fahrbahnmarkierung aus einem Baumaterial besteht, bei dem es sich um ein Elastomer mit einem Glasübergangspunkt von nicht mehr als -50 ºC handelt.
Die Konfiguration der Kuppel macht es leichter, die horizontale Bewegung (die Bewegung des Räumschildes an dem Schneepflug) in eine vertikale Verbiegung der Kuppel selbst umzuwandeln. Die gegenüber dem Schneepflug vorhandene anfängliche Neigung ist viel weniger abrupt, als dies bei der Markierung aus dem US-Patent 4,297,051 der Fall war. Der dünnere Querschnitt an dem Umfang der Kuppel kann wie ein bewegliches Gelenk wirken, was weiter dazu dient, die zur Verbiegung der Kuppel nach unten erforderliche Kraft zu verringern.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Fahrbahnmarkierung innerhalb des Rahinens dieser Erfindung.
Figur 2 ist eine Seitenansicht der Fahrbahnmarkierung von Figur 1.
Figur 3 ist eine Draufsicht auf die Fahrbahnmarkierung von Figur 1.
Figur 4 ist eine Querschnittsansicht der Fahrbahnmarkierung von Figur 3 an der Schnittlinie 4 - 4.
Figur 5 ist eine Querschnittsansicht der Befestigungsweise der Fahrbahnmarkierung von Figur 1 auf einer Straße.
Figur 6 ist eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Fahrbahnmarkierung gemäß der Erfindung.
Figur 7 ist eine Draufsicht auf die Fahrbahnmarkierung von Figur 6.
Figur 8 ist eine Querschnittsansicht der Fahrbahnmarkierung von Figur 7 längs der Schnittlinie 8 - 8.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Schneepflüge können mit hohen Geschwindigkeiten fahren (z.B. mit 50 - 80 km/Std), wodurch sie mit ziemlich hohen Belastungswerten auf Fahrbahnmarkierungen auf ihrem Wege einwirken. Deshalb sollte die Markierung so ausgelegt sein, daß sie bei solchen hohen Belastungsgraden und bei niedrigen Temperaturen (0 bis -30 ºC) nicht reißt. Dazu tragen sowohl die Konstruktion der Markierung als auch ihre Zusammensetzung bei.
Das Polymer und das das Polymer enthaltende Gemisch, aus dem die Fahrbahnmarkierung gemäß der Erfindung hergestellt wird, sollten elastomer sein und elastomere Eigenschaften bei den niedrigen Temperaturen bewahren, die wahrscheinlich in Klimazonen auf sie einwirken, in denen es schneit. Der Glasübergangspunkt des Gemisches liegt vorzugsweise unter -55 ºC.
Es wurden verschiedene Polyurethanformulierungen eingesetzt. Insbesondere wurden aliphatische Polyurethane als geeignet befunden. Aliphatische Polyurethane sind Polyurethane, die von mindestens einem aliphatischen Polyisocyanat vorzugsweise ohne ein aromatisches Isocyanat abgeleitet sind. Bewährte Formulierungen sind Polytetramethylenoxid (PTMO), ein kurzkettiges Diol (mit 3 - 6 Kohlenstoffatomen) wie zum Beispiel 1,4-Butandiol, und ein Diisocyanat wie zum Beispiel Methylen-bis(4-cyclohexylisocya nat) (H&sub1;&sub2;MDI). Solche Formulierungen wurden mit einem Oligomer mit endständiger Hydroxylgruppe (wie zum Beispiel mit Polybutadien mit endständiger Hydroxylgruppe) und mit einem Triol mit niedrigem Molekulargewicht (1 - 6C) versetzt, um vorteilhafte Eigenschaften einzubringen. Ein weiterer geeigneter Zusatzstoff ist ein gleitfähig machendes Polymer, wie zum Beispiel ein Silicon (z.B. ein Polydimethylsiloxan).
Verbesserte Eigenschaften finden sich bei Mischpolyurethanen mit weichen Segmenten, die einen hydrophoben Bestandteil enthalten, wie zum Beispiel bei Polybutadien und bei Polydimethylsiloxan mit endständiger Hydroxylgruppe. Ein als besonders geeignet befundenes Polymer umfaßt: Polytetramethylenoxid mit einem Molekulargewicht von 2000; ein Blockcopolymer mit einem Molekulargewicht von 2400 aus Ethylenoxid (A) und Polydimethylsiloxan (B) mit ungefähr 50 Gew.-% Silicon; Polybutadien mit endständiger Hydroxylgruppe mit einem Molekulargewicht von 2800 (einer Funktionalität von 2,4 - 2,6); 1,4-Butandiol; Trimethylolpropan (TMP); und H&sub1;&sub2;MDI in den jeweiligen Molverhältnissen zwischen 0,9/0,1/0,0/1,0/0,03/2.1 und 0,6/0,2/0,2/1,0/0,06/2.1 . Die Bezugsquellen für diese Materialien waren die folgenden:
Polytetramethylenoxid (PTMO) - bezogen als Terathane 2000 von E. I. DuPont de Nemours & Co.
Polydimethylsiloxan (PDMS) - bezogen als Q4 3667 von der Dow Corning Corp.
Polybutadien mit endständiger Hydroxylgruppe (HTPB) - bezogen als R45 HT von der Arco Chemical Co.
1,4-Butandiol - von DuPont
TMP - von der Celanese Chemical Co.
H&sub1;&sub2;MDI - Desmodur W von Farbenfabriken Bayer AG
Das als Q4-3667 bezogene PDMS enthielt kleine, jedoch wichtige Mengen eines unifunktionellen Polyethylenoxidalkohols. Dieser Alkohol hätte als Endblock an dem Polyurethan vorhanden sein und dadurch dessen endgültiges Molekulargewicht begrenzen und damit dessen Festigkeit ungünstig beeinflussen können. Die Formulierung wurde mit einem Triol (Trimethylolpropan) mit der gleichen Moläquivalenz versetzt, um den unifunktionellen Stoff auszugleichen. Ein sehr gut geeigneter Anteil an dem als Q4-3667 bezogenen PDMS lag zwischen 7 und 17 Gew.-%. Ein weiteres geeignetes Silicon war das Silicon SF-1188 von der General Electric Co., ein Siliconglycol aus einem ABA-Blockcopolymer aus Polyethylen- und -propylenoxiden (A) und Polydimethylsiloxan (B) mit annähernd 50 Gew.-% Silicon mit einem nominalen Molekulargewicht von 3000.
Eine bevorzugte Polyurethanformulierung lautet:
Gew.-%
Terathane PTMO, Molekulargewicht 2000 62,60
PDMS (SF-1188) 12,96
1,4-Butandiol 3,19
H&sub1;&sub2;MDI (Desmodur W) 19,30
Tinuvin 292* (Lichtstabilisator mit behindertem Amin) 1,47
Tinuvin 328* (UV-Lichtabsorber) 0,24
Irganox 245* (oxidationsverhindernder Stabilisator) 0,24
* von der Ciba-Geigy Corp.
Probefolien aus dem oben beschriebenen Polymer wurden hergestellt, indem man sie bei 80 ºC in dem Einstufenverfahren reagieren und in einer Druckkammer bei 620 kPa zu einem festen Elastomer härten ließ. Alle in dieser Beschreibung angegebenen Drücke sind Manometerdrücke. Der Anteil an PDMS hatte einen großen Einfluß auf die Dauerhaftigkeit. Weiche Segmente aus Silicon in dem Polyurethan neigen dazu, die Reißfestigkeit zu verringern. Bei 0 ºC verringerte sich durch Erhöhung des Anteils an PDMS der 100 %- Modul des Polymers. Diese Tendenzen wurden jedoch durch andere Vorteile auf gewogen. Silicon führt zu verminderter Reibung, wodurch die Fahrbahnmarkierung unter dem Räumschild eines Schneepfluges mit geringerem Kraftaufwand gleiten kann. Der niedrigere Glasübergangspunkt des Silicons trägt dazu bei, die Flexibilität unter den Bedingungen eines hohen Beanspruchungsgrades und niedriger Temperaturen zu bewahren.
Die Fahrbahnmarkierung gemäß der Erfindung kann aus den oben beschriebenen Zusammensetzungen durch das Reaktionsgießverfahren in einer erhitzten Siliconform in einem Druckbehälter bei 620 kPa hergestellt werden. Die Siliconform kann aus einer aus Modellierton angefertigten Modellform hergestellt werden. Die Modellform aus Ton für die Außenfläche (Matrizenfläche) der Markierung wurde in einen Stahlformkasten eingesetzt, und in den Hohlraum zwischen der Modellform aus Tgn und dem Formkasten wurde entgastes Silicon eingegossen. Das Silicon wurde 20 Stunden bei Zimmertemperatur gehärtet.
Für die Form für die Innenfläche der Markierung mußte eine Matrizenzwischenform zur Festlegung der Querschnittsdicke der Markierung hergestellt werden. Es wurde eine innere Modellform aus Holz hergestellt, und in den Hohlraum zwischen der inneren Modellform aus Holz und der Form für die oben beschriebene Außenfläche der Markierung wurde eine Zwischenmodellform aus einem Körperfüllstoff aus Polyester eingegossen. Bei dem Körperfüllstoff aus Polyester mußten die Poren und Hohlräume mit Kitt ausgefüllt werden. Deshalb wird ein weniger poröses Polymer bevorzugt, wie zum Beispiel ein Abgußmaterial für Gebißabdrücke.
Als die Zwischenform in der Form für die Außenfläche der Markierung angeordnet war, wurde die innere Patrizen-Modellform aus entgastem Silicon gegossen, wobei ein fester Aluminiumzylinder als Halter für die Patrizen-Modellform verwendet wurde. Der Zylinder wies um seinen Umfang herum mehrere Rillen mit etwa 3 mm Breite und 3 mm Tiefe auf, so daß eine größere Oberfläche entstand, mit der das Formgemisch aus Silicon verkleben konnte.
Das Verfahren zur Herstellung der Markierung umfaßt allgemein die folgenden Schritte:
A. Herstellung einer Polymer-Vormischung.
B. Erhitzen der Vormischung aus Schritt A.
C. Erhitzen der Form für die Fahrbahnmarkierung;
D. Positionieren des rückstrahlenden Elementes in der
Form (wenn das rückstrahlende Element einstückig mit dieser sein soll oder eingegossen werden soll) und Eingeben der Polymer-Vormischung in die Form;
E. Zusammenfügen der Form, dabei Einsetzen des inneren Teils der Form;
F. Einbringen der Form in einen Behälter mit hoher Temperatur und hohem Druck und Beibehalten der Druckbedingungen so lange, bis das Polymer reagieren kann und sich die Grünfestigkeit der Markierung einstellt;
G. Wegnahme des Drucks, Abkühlen der Form und Entnehmen der Fahrbahnmarkierung aus der Form; und
H. Nachhärten der Markierung, wodurch sich deren Festigkeit erhöhen kann.
In Schritt A werden die erforderlichen Mengen an Polyolen, Antioxidationsmitteln und Lichtstabilisatoren zusammen in Kanister eingewogen. Die Kanister werden mit trockenem Stickstoff gereinigt, versiegelt, mit dem Code der Formulierung und dem Datum gekennzeichnet und dann gelagert. Die Kanister mit dem Polyol werden in einen belüfteten Konvektionsofen gebracht und auf 80 ºC erhitzt. Die erhitzten Kanister werden der Reihe nach auf eine in einer Abzugshaube angeordnete Waage gestellt. In einen gegebenen Behälter mit Polyol wird bei Zimmertemperatur mit Hilfe einer geeichten Dosierpumpe Diisocyanat eingemessen. Das Diisocyanat H&sub1;&sub2;MDI ist bei hohen Temperaturen gefährlicher zu handhaben, zumindest teilweise auf Grund des hohen Dampfdrucks und der Tatsache, daß es sich bei dem Verfahren, das bei dem Entstehen der Fahrbahnmarkierung gemäß der Erfindung angewandt wurde, um ein Offengießverfahren handelt (d.h. daß ein Ende der Form zur Atmosphäre hin offen ist).
Dann wird ein Katalysator zugesetzt, und das gesamte Gemisch wird so lange umgerührt, bis es homogen ist. Die Menge des zugesetzten Katalysators ist von Wichtigkeit. Ein nicht ausreichender Katalysator behindert die Erholung der Reaktionstemperatur (der Exotherme) von der Kühlwirkung, die die Verwendung von Isocyanat bei Zimmertemperatur hat. Geringe Mengen an Katalysator verlangsamen auch die Geschwindigkeit, mit der Markierungen gegossen werden können. Zu viel Katalysator führt zu Schwierigkeiten beim Füllen der Form und verkürzt die Zeit, die zur Verfügung steht, bis die Form in eine Druckatmosphäre gebracht werden muß, um Blasenbildung zu verhindern. Optimale Mengen des Katalysators zum Ausgleich dieser Wirkungen können experimentell für jede Formulierung ermittelt werden.
Bei bestimmten Arbeiten während des Entstehens dieser Erfindung wurden 250 Gramm des oben beschriebenen Urethangemischs in die erhitzte äußere Form eingegossen. Eine Aluminiumform, die den inneren Teil (den Patrizenteil) der Form hielt, wurde bis zu einer Anschlagstelle nach unten gedrückt, an dem der mit Silicon beschichtete Hohlraum der Form die Konfiguration der Fahrbahnmarkierung darstellt. Die Hälften der Form wurden an Ort und Stelle befestigt, und der Raum zwischen diesen wurde mit einem Gemisch aus Polyurethan ausgegossen (aufgefüllt). Dann wurde die gesamte zusammengefügte Form in den Druckbehälter eingebracht.
Die Zeit, die für die Schritte C bis F benötigt wird, ist wichtig, da während dieser Zeit ein rasch reagierendes Gemisch aus Polyurethan Blasen bilden könnte, wodurch die Form verdorben wird. Es ist also wünschenswert, die Zeit zur Ausführung dieser Schritte zu minimieren. Wird diese Zeit minimiert, können schneller härtende Gemische verwendet und damit kürzere Zeiten für den Härtezyklus erzielt werden.
Das Druckhärten in Schritt F dient dem Zweck, eine Blasenbildung in dem Polymer zu verhindern. Blasen sind kein Problem mehr, sobald das Polyurethan bis zu dem Punkt gehärtet wurde, an dem es seine Grünfestigkeit annimmt. Die Menge des Katalysators wird zumindest teilweise durch die gewünschte Verarbeitbarkeitszeit der Vormischung bestimmt. Die Verweilzeit der Form in dem Druckbehälter läßt sich durch Erhöhung der Härtungstemperatur verkürzen. Dies kann mit Hilfe einer elektrischen Heizvorrichtung in oder an dem Behälter erfolgen. Typische Härtungstemperaturen liegen im Bereich von 60 bis 80 ºC, und eine typische Härtungszeit unter Druck betrug eine Stunde.
In Schritt G werden die Markierungen aus den Formen entnommen, indem zuerst die innere Form mittels eines kleinen, durch die innere Form führenden Rohres an eine Druckluftleitung angeschlossen wird. Wird ein niedriger Druck (30 - 100 kPa) angelegt, dreht sich das innere Formelement in der mit Silicon beschichteten Form von dem Aluminiumkern weg. Durch diese Aktion wird die Form teilweise von der Innenseite der gegossenen Markierung gelöst.
Das Nachhärten (Schritt H) besteht darin, die Markierungen etwa 12 Stunden lang bei etwa 80 ºC in einen Umluftofen zu bringen; danach werden sie mindestens eine Woche lang bei Zimmertemperatur gelagert.
Was die Figuren 1 - 5 betrifft, so ist darin eine erste Fahrbahnmarkierung 2 dargestellt, die einen Sockel 4, einen Sockelflansch 3 und eine Kuppel 6 besitzt. Der dickere mittlere Abschnitt der Kuppel ist als Teil 10 dargestellt. Bei einer Kuppel mit einer normalen, durchschnittlichen Dicke von etwa 6 mm sollte der mittlere Abschnitt etwa 10 mm dick sein. Das Verhältnis der Dicke des mittleren Abschnitts zur durchschnittlichen Dicke liegt vorzugsweise im Bereich von 1,3 bis 2,0. Die größere Querschnittsdicke in der Mitte der Kuppel trägt dazu bei, die Verformung der Kuppel vor dem Räumschild eines Schneepfluges wie bei einer Wellenfront zu reduzieren, was bei den in dem Patent 4,297,051 beschriebenen Kuppeln mit einer konstanten Querschnittsdicke der Fall wäre. Diese Ansammlung von Kuppelmaterial vor dem Räumschild eines Schneepfluges führte schließlich dazu, daß die Kuppel bei der Markierung gemäß 4,297,051 zerriß. Das Problem des Zerreißens verschlimmert sich noch bei sehr niedrigen Temperaturen (z.B. -15 ºC) angesichts der kurzen Zeit, die bei den üblichen Fahrgeschwindigkeiten von Schneepflügen für die Verformung und die Wiederannahme der Form der Kuppel zur Verfügung steht (z.B. 5 - 10 Millisekunden). Die größere Dicke in der Mitte der erfindungsgemäßen Markierung bewirkt, daß die höheren Beanspruchungen in der Kuppel von der Räumkante eines Räumschildes an einem Schneepflug entfernt auftreten. Wenn ein Räumschild über die Mitte der erfindungsgemäßen Markierung fährt, kippt der mittlere Abschnitt zurück und rutscht als Ganzes hinter den Räumschild und bewirkt dadurch, daß sich Kuppelmaterial hinter dem vorrückenden Schild ansammelt. Der Bequemlichkeit halber wird dies als "Kippwirkung" der Markierung bezeichnet.
Der dünnere Umfangsabschnitt der Kuppel ist als Teil 12 dargestellt. Bei Kuppeln mit einer durchschnittlichen Nenndicke von 6 mm beträgt die Umf angsdicke typischerweise 3 - 4 mm. Das Verhältnis der Umfangsdicke zu der durchschnittlichen Kuppeldicke liegt vorzugsweise im Bereich von 0,4 - 0,8, vorzugsweise von 0,5 - 0,7 . Bei einer während des Entstehens der Erfindung angefertigten Ausfüh-rungsform wurde der Umfang der Kuppel dünner gemacht, indem er mit einem Radiusschnitt (2 - 4 mm) an der Unterseite der Ecke konstruiert wurde, wo die Kuppel und der Sockel aneinanderstoßen. Die Rippen 8, die einstückig als Teil der Kuppel 6 gegossen sind, schützen das rückstrahlende Element 14 vor einer Abnutzung durch die Räumschilde von Schneepflügen.
Durch die Form der Kuppel bleibt auf Grund der allmählichen Neigung an dem Umfang mehr Zeit für die Markierung, auf die durch den Räumschild eines Schneepfluges ausgeübte Kraft zu reagieren, während die Kuppel in dem US-Patent 4,297,051 eine Unterbrechung an dem Räumschild des Schneepfluges an dem Umfang der Markierung aufweist (der Stelle, an der die Kuppel ihre maximale Festigkeit gegen eine Verbiegung nach unten besitzt). Wie oben erläutert, weist die Kuppel 6 eine Außenfläche auf, die einer Rotationsfläche einer Sinuswelle nahekommt. Die Krümmung der Kuppel, die in Figur 4 im Querschnitt zu sehen ist, wird vorzugsweise durch drei Sinuswellenfunktionen definiert, je einer für einen anderen Abschnitt oder eine andere Zone der Kurve. Die drei Sinuswellenfunktionen können folgendermaßen ausgedrückt werden:
π radians = Radius der Markierung
S = Strecke über Ausgangsebene oder x-Achse
θ = Strecke entlang der Ausgangsebene oder der x-Achse (ausgehend von 0 = Schnittstelle zwischen Sockel 4 und Kuppel 6)
β = Radius der Markierung
L = maximale Höhe der Kuppel in der Mitte über der x-Achse
A = 4πθ/β
für Zone I entlang der X-Achse von θ = 0 nach θ = (β/8)
S = L/4 + π [πθ/β 1sinA/4]
für Zone II entlang der x-Achse von θ = β/8 nach θ = (7/8) β
S = L/4 + π [2 + [πθ/β] - 2,25 sin [π/3 - A/3]]
für Zone III (7/8) β ≤ θ ≤ β
S = L/4 + π [4 + [πθ/β] - 1sinA/4]
Das rückstrahlende Element 14 kann ein würfeleckiges rückstrahlendes Element aus einem flexiblen, transparenten, polymeren Material sein, vorzugsweise ein würfeleckiges rückstrahlendes Element, das mindestens eine Kerzenstärke von 2,5 - 3,0 pro Footcandle des einfallenden Lichtes (cp/fc) aufweisen kann. Vorzugsweise wird ein völlig geöffnetes würfeleckiges Material verwendet, wie dieses in den US-Patenten 4,895,428 und 4,349,598 beschrieben ist. Ein solches würfeleckiges Material umfaßt eine Oberflächenschicht und eine vielzahl von würfeleckigen prismenartigen reflektierenden Elementen, die jeweils folgendes besitzen: einen rechteckigen Sockel auf der Rückseite der Oberflächenschicht, zwei zueinander senkrechte rechteckige Flächen, die den Sockel in Winkeln (zum Beispiel von 45º) schneiden, und zwei dreieckige Flächen an jedem Ende der Prismenform, von denen mindestens eine zu beiden rechteckigen Flächen senkrecht ist und zusammen mit den rechteckigen Flächen dazwischen eine Würfelecke bildet. Die Rückseite der Oberflächenschicht und das würfeleckige, rückstrahlende Element im allgemeinen bilden die Seite, die von der zu dem einfallenden Licht hinweisenden Seite (der Vorderseite) weggerichtet ist.
Das rückstrahlende Element sollte auf seiner Rückseite (der zu der Kuppel der Markierung hin gerichteten Seite) typischerweise mittels einer Abdichtfolie (z.B. aus einem thermoplastischen Polyurethan) versiegelt werden, die mit dem würfeleckigen rückstrahlenden Element verklebt (heißversiegelt) ist. Das Verkleben oder Versiegeln erfolgt auf eine Weise, durch die ein Luftraum oder eine Vielzahl von Lufträumen oder Zellen zwischen der Abdichtfolie und der Rückseite des würfeleckigen rückstrahlenden Elementes bewahrt wird. Der Luftspalt an den Rückseiten der Würfelekken bewahrt die erwünschte Optik des rückstrahlenden Elementes zwecks wirksamer Rückstrahlung, und das Konzept ist in der Technik wohlbekannt. Die Abdichtfolie fließt nicht in den Luftraum hinter den Würfelecken, da die Formtempera tur in Schritt F niedriger ist als die Schmelztemperatur des Polyurethans.
Bei einer während des Entstehens dieser Erfindung hergestellten Ausführungsform wurde eine würfeleckige rückstrahlende Linse von etwa 9,7 cm² bei einer Markierung gemäß Figur 1 eingesetzt. Auf Grund ihres Winkels zur Horizontalen erzeugte sie geradeaus eine tatsächlich projizierte Fläche von etwa 4,8 cm². Die Dicke der Kuppel unter dem rückstrahlenden Element 14 wird vorzugsweise so eingerichtet, daß eine Verbiegung und eine Schädigung des rückstrahlenden Elementes verringert werden.
In Figur 5 ist die Fahrbahn mit 20 bezeichnet, das Loch, in das die Fahrbahnmarkierung eingesetzt wird, ist mit 22 bezeichnet, und der Füllstoff zwischen dem Sockel 4 und der Fahrbahn 20 ist als 24 dargestellt. Die Höhe des Markierungssockels 4 ist vorzugsweise geringer als die Tiefe der ersten Fahrbahnmaterialschicht auf der Straße.
In den Figuren 6 - 8 ist eine zweite Ausführungsform 30 der Fahrbahnmarkierung gemäß der Erfindung dargestellt. Diese ähnelt der ersten Markierung in der Hinsicht, daß sie einen Sockel 34, einen Sockelflansch 35, eine Kuppel 36, einen dicken oberen Abschnitt 40 und einen dünnen Umfangsabschnitt 42 aufweist. Sie besitzt jedoch eine Vielzahl von Rippen 38 an der Kuppel sowie eine Vielzahl von Vertiefungen 39 zwischen den Rippen. Typischerweise sind 24 bis 35 solcher Rippen an der Kuppel vorhanden, vorzugsweise weniger, so daß die Vertiefungen breiter sein können, damit sie mehr spiegelnd reflektierendes Material aufnehmen können.
Diese zweite Ausführungsform wird mittels einer Schicht aus kleinen, spiegelnd reflektierenden, kugelförmigen Linsen in den Vertiefungen zum Rückstrahlen gebracht. Die Schicht umfaßt eine Vielzahl solcher Linsen (z.B. aus Mikrokügelchen aus Glas), die teilweise in ein Bindemittel (z.B. in Polyurethan) eingebettet sind. Vorzugsweise befindet sich hinter den kugelförmigen Linsen ein spiegelnd reflektierendes Element, z.B. eine Schicht Aluminium, auf dem Teil der Mikrokügelchen, der in das Bindemittel eingebettet ist. Eine solche Schicht läßt sich herstellen, indem alle kugelförmigen Linsen beschichtet werden und die reflektierende Schicht aus Aluminium von den freiliegenden Teilen entfernt wird, zum Beispiel mit einem Ätzmittel, nachdem das Bindemittel hart geworden ist. Ein Verfahren zur Herstellung einer Schicht aus zum Reflektieren gebrachten Mikrokügelchen ist in dem US-Patent 3,885,246 in Spalte 3, Zeilen 1 - 25 beschrieben.
Auch kann die Oberfläche der Vertiefungen ein aufgerauhtes oder gepunktetes Äußeres erhalten. Dieses kann hergestellt werden, indem die Oberfläche der Modellform aus Ton, aus der die Fahrbahnmarkierung gegossen wird, gepunktet wird, zum Beispiel durch Bearbeitung der Vertiefungsflächen mit den Spitzen einer harten Bürste, während sich der Ton noch in einem plastischen Zustand befindet.
Das Bindemittel für die kugelförmigen Linsen kann ein Aerosol-Spray sein, das sowohl mit der Kuppel aus Polyurethan als auch mit den Linsen selbst gut verklebt. Eine Zusammensetzung für ein solches Bindemittel ist folgende: Gewichtsteile (pbw) Gew.-% Tetrahydrofuran Toluol Cyclohexanon Polyurethan Estane 5712* Harz VAGH**
* von der B.F.Goodrich Company
** Terpolymer, das vermutlich aus den folgenden Monomeren besteht: Vinylchlorid (90 - 92 %), Vinylacetat (3 %) und Vinylalkohol (5 - 7 %) von der Union Carbide Corp.
100 Gewichtsteilen des obigen klebenden Bindemittels werden 50 Gewichtsteile von mit Aluminium oder mit Silber beschichteten Mikrokügelchen aus Glas mit einem hohen Brechungsindex (z. B. 1,9 oder 2,26) (Teilchengröße 40 - 200 Mikrometer) zugesetzt. Auf die Kuppel der Markierung aus den Figuren 6 - 8 wird eine Schicht Bindemittel aufgebracht (aufgesprüht), die man teilweise trocknen läßt, bis sie klebrig wird. Diese Schicht sollte in trockenem Zustand so dick sein, daß sie die Linsen aus Mikrokügelchen bis zu deren "Äquator" verankert. Das Gemisch aus Mikrokügelchen und Bindemittel wird auf die klebrige Oberfläche der Fahrbahnmarkierung aufgebracht (aufgeschüttet), und die überschüssige Menge wird abgeklopft. Es wird Wärme aufgebracht, damit die Mikrokügelchen in das Bindemittel einsinken und das Lösungsmittel austreiben. Die freiliegenden Oberflächen der Mikrokügelchen werden mit einer Lösung von Säure und Dichromat (Lösungsmittel für die Silber- oder Aluminiumschicht) geätzt, abgespült und getrocknet, so daß richtig orientierte Linsen entstehen.
Die Rückstrahlungsintensität der erfindungsgemäßen Fahrbahnmarkierungen mit einer spiegelnd reflektierenden Schicht aus kugelförmigen Linsen wurde mit 0,677 Candela/Footcandle des einfallenden Lichtes (0,063 Candela/Lux) und mit einem Rückstrahlungsfaktor von etwa 50 Candela/Lux/Quadratmeter (cd/lx/m²) gemessen. Diese ist vorteilhaft im Vergleich zu den Werten von 0,15 cd/fc (0,014 cd/lx) und 0,566 cd/lx/m², die an vorher bekannten Ausführungsformen der Markierung in dem US-Patent 4,297,051 gemessen wurden. Diese Messungen wurden bei folgenden Bedingungen vorgenommen: Eintrittswinkel = 86º, Beobachtungswinkel = 0,2º, Rotationswinkel = 0º und Darstellungswinkel = 0º.
Die erfindungsgemäßen Markierungen werden in Löcher eingesetzt, die typischerweise mit einem Kernbohrer in die Fahrbahn gebohrt werden. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen auf ein Fahrzeug montierten, luftgespülten Bohrer, der von einer Stromquelle an dem Fahrzeug aus betrieben wird. Die Bohrzeit für eine Markierung beträgt bei einem 45 mm tiefen Loch etwa 20 Sekunden bis eine Minute.
Der Ringspalt zwischen dem Sockel und der Fahrbahn wird mit einer Vergußmasse oder Dichtungsmasse ausgefüllt. Eine geeignete Dichtungsmasse ist ein mit Asphalt gestrecktes Polyurethan. Das Polyurethan besteht aus einem Zweikomponentensystem, das ein Vorpolymer mit einem Überschuß an Isocyanat und ein (mit Dibutylzinndilaureat) katalytisch aktiviertes Polybutadien mit endständiger Hydroxylgruppe umfaßt. Die beiden Komponenten können aus einer Spritzpistole aus einer Zweikomponenten-Patrone durch einen statischen Mischer extrudiert werden. Eine für geeignet befundene Dichtungsmasse ist die Detektorkreis-Dichtungsmasse LC-7241 von der Minnesota Mining and Manufacturing Company, Canada, Inc., London, Ontario, Kanada. Auf die Dichtungsmasse kann, nachdem diese in den Ringspalt eingegossen wurde, eine Lösung eines Katalysators aus Dibutylzinndilaureat in Toluol aufgesprüht werden, um damit die Entstehung einer schützenden Oberflächenschicht zu beschleunigen.
Die Fahrbahnmarkierungen gemäß der Erfindung wurden in einer Maschine getestet, die die Wirkungsweise des Räumschildes eines Schneepfluges simuliert, der auf einer kalten Fahrbahn kratzt. In Betonblöcke vergossene Markierungen werden auf Temperaturen von 0 bis -30 ºC abgekühlt und dann in der Testanordnung der Maschine befestigt. Bei dem Test wird der Räumschild eines Schneepfluges stark beschleunigt und so gerichtet, daß er die Kuppel der Markierung trifft. Zwischen dem Oberteil des Betonblocks und dem Rand des Räumschildes wird ein Spielraum von weniger als 0,5 mm bewahrt.

Claims

1. Fahrbahnmarkierung (2) umfassend einen hohlen Sockel (4), der unten offen ist und oben mit einer Kuppel (6) abschließt, die eine Mitte (10) aufweist, wobei das kuppelförmige Oberteil sich elastisch nach unten verformt, wenn es von einem Schneepflug oder sonstigen Fahrzeug getroffen wird, und wieder seine ursprüngliche Form annimmt, wenn der Schneepflug oder das Fahrzeug darübergefahren ist, wobei die Fahrbahnmarkierung dadurch gekennzeichnet ist, daß:

A. der Sockel eine gebogene Querschnittsform aufweist, die ausgewählt ist aus kreisrunden Zylindern, elliptischen Zylindern und Kegelstumpfformen;

B. die Kuppel folgendes aufweist:

(1) eine Außenfläche, die ungefähr einer Rotationsfläche von mindestens einem Abschnitt einer Sinuswelle entspricht, der so ausgerichtet ist, daß der dem Umfang (12) des Sockels am nächsten gelegene Teil der Außenfläche eine Neigung besitzt, die wesentlich geringer ist als bei dem in der Mitte zwischen dem Umfang und der Mitte (10) der Kuppel gelegenen Teil der Oberfläche;

(2) eine Querschnittsdicke, die in der Mitte (10) größer ist als die durchschnittliche Dicke und am Umfang (12) der Kuppel dünner ist als die durchschnittliche Dicke;

(3) mindestens zwei Rippen (8), die von ihrer Oberfläche hervorstehen;

C. die Fahrbahnmarkierung aus einem Baumaterial besteht, bei dem es sich um ein Elastomer mit einem Glasübergangspunkt von nicht mehr als -50ºC handelt.

2. Fahrbahnmarkierung nach Anspruch 1, bei der das Elastomer ein aliphatisches Polyurethan ist.

3. Fahrbahnmarkierung nach Anspruch 1, bei der das Elastomer ein Polyurethan ist, das aus Polytetramethylenoxid, einem kurzkettigen Diol mit 3-6 Kohlenstoffatomen und einem Diisocyanat besteht.

4. Fahrbahnmarkierung nach Anspruch 3, bei der das Diisocyanat Methylen-bis(4-cyclohexylisocyanat) ist.

5. Fahrbahnmarkierung nach Anspruch 3, bei der das Polyurethan des weiteren ein Polysiloxan umfaßt.

6. Fahrbahnmarkierung nach Anspruch 1, die weiterhin mindenstens ein rückstrahlendes Element (14) zwischen zwei der Rippen umfaßt.

7. Fahrbahnmarkierung nach Anspruch 6, bei der das rückstrahlende Element (14) ein flexibles würfeleckiges rückstrahlendes Element ist, dessen Rückseite von der zu dem einfallenden Licht hinweisenden Seite weggerichtet ist, und das mit der Rückseite an der Kuppel festgeklebt ist, wobei die Rippen gebogen und so angeordnet sind, daß sie das rückstrahlende Element vor Stößen schützen.

8. Fahrbahnmarkierung nach Anspruch 7, bei der das flexible würfeleckige rückstrahlende Element eine Oberflächenschicht und eine Vielzahl von würfeleckigen prismenartigen reflektierenden Elementen aufweist, die jeweils folgendes besitzen: einen rechteckigen Sockel auf der Rückseite der Oberflächenschicht, zwei zueinander senkrechte rechteckige Flächen, die den Sockel schneiden, und zwei dreieckige Flächen, von denen mindestens eine zu beiden rechteckigen Flächen senkrecht ist und zusammen mit den rechteckigen Flächen dazwischen eine Würfelecke bildet.

9. Fahrbahnmarkierung nach Anspruch 6 mit einer Vielzahl von radial ausgehenden Rippen (38) mit radialen Vertiefungen (39) zwischen den Rippen, und bei der das rückstrahlende Element einen Überzug aus sphärischen Linsenelementen in den Vertiefungen umfaßt.

10. Fahrbahnmarkierung nach Anspruch 1, bei der das Verhältnis der Querschnittsdicke der Kuppel in der Mitte der Kuppelmittel zur durchschnittlichen Querschnittsdicke der Kuppel 1,3-2,0 beträgt, und das Verhältnis der Querschnittsdicke der Kuppel am Kuppelumfang zur durchschnittlichen Querschnittsdicke der Kuppel 0,4-0,8 beträgt.