Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Markierung zur Schaffung
einer lumineszenten Oberfläche eines Substrats bzw. Trägers,
wobei die Oberfläche zur Verwendung als Markierung für Hinweis-,
Warn- und/oder Seitenkennzeichnungen von Wegen, Straßen,
Kaimauer oder Parkplätzen vorgesehen und Wasser- und
Reifenverschleiß von passierenden Fahrzeugen ausgesetzt ist, wobei die
Markierung ein Bindemittel, das bei Bestrahlung mit UV-A-Licht
fluoresziert, aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung solch einer lumineszenten Oberfläche.
Stand der Technik
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Die Verwendung von Glasperlen in und auf Wegmarkierungen als
reflektierende Perlen ist seit langem allgemein bekannt und
durch die Regierungen in verschiedenen Ländern ebenfalls
vorgeschrieben.
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Die Aufgabe der Glasperlen besteht in der Rückreflexion
einfallenden Lichts von Fahrzeugen zum Fahrer des Fahrzeugs während
der Dunkelheit und dadurch in einer Erhöhung der Sichtbarkeit
der Straßenmarkierungen. Die Funktion ist allgemein als
Retroreflexion bekannt.
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Die Glasperlen erfüllen ihre Aufgabe während der Dunkelheit,
wenn sie durch die Scheinwerfer oder die abgeblendeten
Scheinwerfer von Fahrzeugen aktiviert werden. Der Abstand der
Sichtbarkeit bei abgeblendeten Scheinwerfern ist jedoch geringer als
die Hälfte des entsprechenden Abstandes für aufgeblendete
Scheinwerfer.
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Bei Regen oder wenn die Beschichtung mit den Glasperlen aus
anderen Gründen mit einem Wasserfilm bedeckt ist, wird das
einfallende Licht von dem Fahrzeug und dem Fahrzeuglenker
weggespiegelt, so daß die Markierung im besten Fall nur einige wenige
Meter vor dem Fahrzeug sichtbar ist.
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Bei Regen wird das sichtbare Licht des Fahrzeugs durch die
kleinen Wassertropfen reflektiert, aus denen der Nebel besteht, und
die sichtbare Entfernung des Fahrzeuglenkers ist oft auf weniger
als 20 m reduziert, was fast so groß ist wie der Reaktionsweg
bei einer Geschwindigkeit von 70 km/h, bevor der Fahrer zu
Bremsen beginnen kann. Das selbe tritt ebenfalls bei Schneefall auf.
Der Unterschied besteht nur darin, daß es die Schneeflocken
sind, welche das Licht des Fahrzeugs reflektieren und
verhindem, daß es seine volle Entfernung zurücklegt.
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Zur Verbesserung der Distanz der Sichtbarkeit hat man versucht,
die Fahrzeuge mit Leuchten auszurüsten, welche ultraviolettes
Licht innerhalb des Wellenlängenbereichs von 320-400 nm
emittieren, wodurch die fluoreszierenden Beschichtungen durch das
Ultraviolettlicht beeinflußt werden und sichtbares Licht innerhalb
des Bereichs der Wellenlänge von 400 nm emittieren.
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Da das Ultraviolettlicht nicht durch einen Wasserfilm
weggespiegelt wird oder durch Nebel oder Schneeflocken zurückreflektiert
wird, wird die fluoreszierende Beschichtung durch das
Ultraviolett-Licht aktiviert, und emittiert auch unter einem Wasserfilm
oder durch Nebel und Schneefall sichtbares Licht, das die
Beschichtung für den Fahrer macht sichtbar, auch wenn sie mit
einem Wasserfilm, Nebel oder Schneeflocken bedeckt ist.
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Das emittierte sichtbare Licht wird von der fluoreszierenden
Beschichtung in alle Richtungen ausgesendet und diffuses Licht
genannt, im Gegensatz zu dem Licht von dem Fahrzeug, welches zum
Fahrzeuglenker von den Reflexionsperlen zurückreflektiert wird
oder von dem Fahrzeug durch einen Wasserspiegel wegreflektiert
wird.
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Das Ultraviolettlicht ist für entgegenkommende Fahrzeuglenker
unsichtbar und hat deshalb keine Blendwirkung. Bei geeigneten
UV-Strahl-Lichtquellen ist es deshalb theoretisch möglich, etwa
den selben Abstand für Sichtbarkeit hervorzubringen wie bei der
Verwendung von vollständig funktionierenden Scheinwerfern, und
zwar ohne entgegenkommende Fahrzeuglenker zu blenden.
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In der Praxis jedoch hat sich herausgestellt, daß der
Fluoreszenzeffekt sehr kurzlebig ist.
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In einigen Patenten sind vorschläge für verbesserte
fluoreszierende Beschichtungen gemacht worden, beispielsweise in der US-A-
3,253,146, der SE-B-462,109 und der GB-A-2,043,673. Die erste
erwähnte Publikation schlägt die Benutzung von Glasperlen vor,
welche mit fluoreszierenden Pigmentpartikeln bedeckt sind. Die
SE-B-462,109 schlägt die Benutzung von zerstampftem
Steinmatenal und einem Mineral vor, welches schmelzfähig ist, und welche
mit einem Wirkstoff dotiert sind, der dem Mineral
Fluoreszenzeigenschaften vermittelt.
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Eine weitere Variation einer fluoreszierenden Beschichtung ist
in der EP 466 671 beschrieben. Die dort offenbarte Beschichtung
enthält dotierte Glasperlen mit Fluoreszenz bei Beleuchtung mit
ultravioletten Licht. Die Perlen können klar oder pigmentiert
sein. Das von diesen Perlen emittierte Licht ist jedoch schwach
und kann von höchstens 50 Metern aus gesehen werden, was bei
weitem zu gering zur Benutzung der Beschichtung im
Straßenverkehr ist.
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Die Anstrengungen zur Erhöhung der Intensität der Fluoreszenz
oder des emmittierten Lichtes durch Erhöhen der Stärke der UV-
Leuchten oder der Intensität der Absorption der fluoreszierenden
Beschichtung haben in keiner entscheidenden Art und Weise die
praktische Sichtbarkeit der fluoreszierenden Beschichtungen
erhöht.
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Keine der vorgeschlagenen Lösungen ergibt dementsprechend einen
ausreichenden fluoreszierenden Effekt, welcher eine praktische
Lösung für das oben erwähnte Problem hervorbrächte.
Technisches Problem
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb in der
Bereitstellung einer Straßenmarkierung, welche das Bedürfnis
verbesserter Sichtbarkeit in der Dunkelheit, bei Regen, Nebel
und Schneefall erfüllt.
Lösung
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Bereitstellung einer
Markierung zur Schaffung einer lumineszenten Oberfläche auf
einem Träger (10) gelöst, wobei die Oberfläche zur Verwendung
als Hinweis-, Warn- und/oder Seitenkennzeichnungen von Wegen,
Straßen, Kaimauern oder Parkplätzen vorgesehen ist und
Wasserund Reifenverschleiß von passierenden Fahrzeugen ausgesetzt ist,
wobei die Markierung ein Bindemittel (11) aufweist, das bei
Bestrahlung mit UV-A-Licht fluoresziert und lichtdurchlässige
Glasperlen aufweist, welche zwischen 50 und 75% ihrer Größe in
dem Bindemittel eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
die Glasperlen eine Größe im Bereich zwischen 0,4 und 1,0
Millimeter sowie eine Größentoleranz von höchstens 0,1 Millimeter und
einen Eisenoxydgehalt unterhalb 0,1% aufweisen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung sollten die Glasperlen eine
Größe von etwa 0,6 bis 1,0 Millimetern aufweisen, und sie
sollten
einen Brechungsindex im Bereich von 1,45 bis 1,60 aufweisen.
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Ein Verfahren zur Herstellung solch einer lumineszenten
Oberfläche ist in Anspruch 4 definiert.
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Unter Verwendung von Glasperlen und einem Bindemittel nach der
vorliegenden Erfindung erzeugt man eine Beschichtung mit kleinen
Leuchten, welches die Glasperlen sind, wenn sie mit UV-A-Licht
beleuchtet werden. Diese Leuchten oder die Beschichtung
emittieren sehr intensiv Licht und können von einer Entfernung von
zumindest 150 Metern gesehen werden. Der Grund dafür liegt
darin, daß die Glasperlen eine sehr geringe Größenverteilung und
einen sehr geringen Gehalt an Eisenoxyd aufweisen, so daß die
Glasperlen nicht das eintretende Licht reflektieren, sondern das
UV-B-Licht, das unerwünscht ist, absorbieren.
Figurenbeschreibung
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird jetzt
detailliert in Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine Markierung nach einer üblichen Technik und ihre
Funktion bei Retroreflexion von Licht;
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Fig. 2 die entsprechende Markierung nach einigem Verschleiß
von Reifenspikes und die Einflüsse des Verschleißes
auf die Retroreflexion;
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Fig. 3 wiederum eine entsprechende Markierung, aber jetzt mit
einer Wasserschicht und den Einfluß dieser Schicht auf
die Retroreflexion;
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Fig. 4 eine Markierung gemäß der Erfindung und ihre Funktion
bei Bestrahlung mit UV-Licht;
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Fig. 5 die entsprechende Markierung nach einigem Verschleiß
durch Reifenspikes und den Einfluß des Verschleißes
auf die Fähigkeit der Markierung, sichtbares Licht als
Reaktion auf UV-Bestrahlung auszusenden; und
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Fig. 6 wiederumg eine entsprechende Markierung jetzt mit
einer Wasserschicht und, wie diese Schicht die
Fähigkeit der Markierung, sichtbares Licht als Reaktion auf
UV-Bestrahlung auszusenden, nicht wegnimmt.
Bevorzugte Ausführungsform
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Die Figuren 1-3 zeigen eine übliche Wegmarkierung, welche auf
einer Oberfläche 10 hergestellt ist und ein Bindemittel 11
aufweist, das mit üblichen Pigmenten, beispielsweise weiß oder
gelb, gefärbt ist. In jeder dieser Figuren ist eine Glasperle 12
als etwas mehr als um den halben Durchmesser der Perle
eingebettet gezeigt. Üblicherweise gibt es weitere nicht gezeigte
Perlen, die mit dem Bindemittel vermischt sind, welche nur
auftreten nachdem die Straßenmarkierung einigem Verschleiß unterworfen
worden ist.
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In Figur 1 ist die Bestrahlung durch sichtbares Licht in der
Glasperle 12 durch kontinuierliche Pfeile 13 gezeigt, wobei
dieses Licht durch Fahrzeugscheinwerfer mit einem Winkel von
etwa 20 auf die Markierung emittiert wird. Die Lichtstrahlen
werden durch den konvexen Glaskörper 12 auf einen konzentrierten
Punkt 14 gebrochen, welcher in Kontakt mit dem Bindemittel 11
steht. Hierdurch wird Licht von dem Punkt 14 zurückreflektiert,
was durch unterbrochene Linien 15 sichtbar gemacht ist, und zwar
zumindest parallel in einer Richtung zum Lenker des Fahrzeugs.
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Figur 2 zeigt, wie diese Retroreflexion durch eine Glasperle 12,
die einem Verschleiß unterlag, beispielsweise durch
Reifenspikes, verschlechtert ist. Hier zerstreut die unebene
Glasoberfläche das sichtbare Licht und spiegelt es weg, so daß die
Retroreflexion vernachlässigbar ist.
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Figur 3 letztlich zeigt, wie das sichtbare Licht von einem
Fahrzeug weggespiegelt wird, wenn die Straße mit einer Wasserschicht
16 bedeckt ist. Die Markierung ist in diesem Fall für den Fahrer
praktisch unsichtbar.
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Figur 4 zeigt die Funktion einer Markierung gemäß der
vorliegenden Erfindung bei Bestrahlung mit UV-A-Licht in der Glasperle
12. Das den unteren Teil der Perle umgebene Bindemittel 11 ist
von einem Typ, der bei Bestrahlung mit UV-A-Licht fluoresziert.
Die Lichtstrahlen, welche von einem Fahrzeug mit
UV-A-Scheinwerfern kommen, werden durch den konvexen Glaskörper 12 zu einem
diffusen Punkt 14 gebrochen, der in Kontakt mit dem Bindemittel
11 steht. Hierdurch fluoresziert der bestrahlte Bindemittelpunkt
14 und sendet sichtbares Licht aus, welches in alle Richtungen
verstreut ist und durch die konkave Bindemitteloberfläche
reflektiert wird, in die die Perle eingebettet ist, was durch
unterbrochenen Linien 15 sichtbar gemacht ist.
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Das ultraviolette Licht, das von einem Fahrzeug mit
UV-Scheinwerfern ausgesendet wird, trifft die Markierung nach der
Erfindung und wird am Eingang der Glasperle derart gebrochen, daß es
einen Punkt des fluoreszierenden Bindemittels bestrahlt, welcher
den eingebetteten Teil der Glasperle umgibt und resultiert in
sichtbarem Licht, das von dem Punkt zu der weiteren Oberfläche
der Glasperle ausgesendet wird, welche teilweise von Luft und
teilweise von der Beschichtung umgeben ist.
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Wenn die umgebene Luft in einem optisch dünneren Medium ist,
wird eine Totalreflexion an diesem Teil der Perle erhalten, so
daß sie als intensiv leuchtende Leuchte von der Position des
Fahrzeuglenkers sichtbar ist.
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Der hieraus resultierende Effekt ist überraschend, da der
entgegenkommende Fahrzeugfahrer die leuchtenden Glasperlen
ebenfalls in dem Fall sehen wird, in dem dieses Fahrzeug nicht mit
UV-Scheinwerferlicht ausgerüstet ist.
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Eine gleichmäßige Glasperle nach Figur 5 zerstreut das
einfallende UV-Licht derart, daß ein Hauptteil der konkaven Oberfläche
des Bindemittels durch weniger intensives Licht bestrahlt wird.
Eine durch Reifenspikes verschlissene Markierung gemäß der
Erfindung wird immer noch durch die Bestrahlung mit UV-Licht
aktiviert, aber die Glasperlen leuchten weniger intensiv.
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Falls die Markierung nach der vorliegenden Erfindung durch eine
Wasserschicht gemäß Figur 6 bedeckt ist, dringt UV-Licht, das
von dem Fahrzeug kommt, durch die Wasserschicht und aktiviert
die fluoreszierende Markierung. Der Effekt ist der, daß die
Fokussierung der Strahlung, welche der Glaskörper 12 mit sich
bringt, darin resultiert, daß die Wasserschicht unmittelbar
oberhalb der Glasperle aufleuchtet.
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Durch die Fähigkeit des Glases, UV-Licht verschiedener
Wellenlänge in verschiedenen Mengen abhängig von der Zusammensetzung
des Glases durchzulassen oder zu absorbieren, kann das
Ultraviolettlicht hinsichtlich Menge und Wellenlänge geregelt bzw.
abgestimmt werden, so daß die fluoreszierende Beschichtung die
maximale Fluoreszenz gleichzeitig dazu erreicht, daß sie vor solcher
Ultraviolettstrahlung geschützt ist, beispielsweise Sonnenlicht,
welches ihre zu frühe Zerstörung bewirken kann.
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Die erfindungsgemäße Markierung löst dementsprechend die
Probleme bei der Erhöhung der Sichtbarkeit der fluoreszierenden
Beschichtungen durch Erhöhen des Lichtvolumens und Verlängern der
Funktionszeit der fluoreszierenden Beschichtungen durch Schützen
derselben gegen solche UV-Bestrahlung, welche eine zu frühe
Zerstörung der fluoreszierenden Beschichtung mit sich bringen
kann.
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Eisenoxyd Fe&sub2;O&sub3; absorbiert Ultraviolettlicht im
Wellenlängenbereich unmittelbar unterhalb und unmittelbar oberhalb 400 nm
Durch Einstellen des Gehaltes an Eisenoxyd in den Glasperlen
kann die Menge an Ultraviolettlicht, die durch die Perle 12 zum
Hohlraum des Bindemittels gelassen wird, welcher die Perle
umgibt, gesteuert werden. Bevorzugte Mengen an Eisenoxyd betragen
0-0,1%.
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Geeignete Eigenschaften können in technischen Gläsern mit einem
Eisenoxydgehalt unter 0,1% gefunden werden. Solch ein
bevorzugtes Glas läßt 90% des Ultraviolettlichts hindurch, welches eine
Wellenlänge von 375 nm aufweist. Es läßt Ultraviolettlicht des
Typs UV-B und UV-C nicht hindurch.
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Glas mit einem Brechungsindex von 1,45 bis 1,60 ist bevorzugt.
Einfallende Strahlung wird dann außerhalb einer spherischen
Glasperle fokussiert und gibt dadurch dem Ultraviolettlicht die
Möglichkeit eine größere Oberfläche der unterliegenden und
umgebenen fluoreszenten Beschichtung zu erhalten, und zur selben
Zeit dient die Glasperle noch als Glasperle für sichtbares
Licht.
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Der obige Berechnungsindex wurde gemäß dem Standardverfahren für
587,9 nm bestimmt. Bei der bevorzugten Wellenlänge von 375 nm
für das Ultraviolettlicht steigt der Wert des Brechungsindex.
Dies bewirkt, daß der Ultraviolett-Lichtstrahl ebenfalls unter
einem sehr geringen Einfallswinkel am Eingang in die Glasperle
gebrochen wird, so daß er die fluoreszierende Beschichtung
trifft, welche den Teil der Glasperle umgibt, der in der
Beschichtung eingebettet ist.
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Glasperlen gemäß der obigen Beschreibung haben vorzugsweise eine
Größe von 0,4 bis 0,8 mm und eine Toleranz, welche ± 0,1 mm
nicht überschreitet. Falls die Größe von 0,7 mm gewählt wird,
sollten alle Perlen in den Größenbereich von 0,6 - 0,8 mm
fallen.
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Bei einer Größe von 1 mm sind etwa 100 Glasperlen pro cm²
erforderlich, um eine Monoschicht mit einer geeigneten Dichte zu
ergeben. Das Gewicht dieser Glasperlen beträgt etwa 1,3 kg/m².
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Bei einer Größe von 0,7 mm sind etwa 204 Glasperlen pro cm²
erforderlich, um eine Monoschicht mit einer geeigneten Dichte zu
ergeben. Das Gewicht dieser Glasperlen beträgt etwa 0,9 kg/m².
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Bei einer Größe von 0,4 mm sind etwa 625 Glasperlen pro cm²
erforderlich, um eine Monoschicht mit einer geeigneten Dichte zu
ergeben. Das Gewicht dieser Glasperlen beträgt etwa 0,5 kg/m².
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Der Fluoreszenzeffekt wird durch kleine Glasperlen aufgrund der
Schwierigkeit ihrer Anordnung in einer gleichmäßigen Schicht
erniedrigt. Bei Größen zwischen 0,4 und 0,8 mm wird die größte
Anzahl von Glasperlen in Funktion pro cm² erhalten, und daher das
größte Volumen emittierten Lichts. Durch Erniedrigen der Anzahl
von Glasperlen pro cm² auf die Hälfte wird ebenfalls das
Lichtvolumen auf die Hälte abfallen, obwohl die Oberfläche in beiden
Fällen vollständig durch die Glasperlen bedeckt ist.
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Bei reflektierenden Wegmarkierungen vom thermoplastischen Typ
sind üblicherweise 20 Gewichtsprozent reflektierender Perlen
enthalten, und nach dem Aufbringen der Markierung auf der Straße
kommt ein Streuen mit weiteren Glasperlen, bevor sich die
Beschichtung verfestigt hat, so daß etwa 60% der Perlen in der
Beschichtung eingebettet sind. Die Menge an Glasperlen zum
Streuen beträgt etwa 0,5 kg/m².
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Eine bevorzugte Menge an Glasperlen, welche erfindungsgemäß
unterzumischen sind, beträgt etwa 20 Gewichtsprozent, aber die
Erfindung ist auf diesen Mischungsbereich nicht beschränkt.
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Eine bevorzugte Menge an Glasperlen gemäß der vorliegenden
Erfindung, welche auszustreuen sind, beträgt 0,9 kg/m², aber die
Erfindung ist auch für diese Menge nicht beschränkt.
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Das Ausstreuen der Perlen kann geeignetermaßen unmittelbar nach
der Aufbringung der Beschichtung auf das Substrat bzw. den
Träger durchgeführt werden, das heißt höchstens 20-30 Sekunden nach
der Aufbringung. Die Aufbringung wird mittels eines
Druckluftangetriebenen Perlenstreuers ausgeführt, der mit einem Mundstück
versehen ist. Dieses Mundstück wird primär senkrecht zur
Beschichtungsoberfläche gerichtet und wird unter einem Abstand von
5-15 cm dazu gehalten.
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Die Erfindung ist nicht auf das oben beschriebene
Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern verschiedene Varianten sind
innerhalb des Schutzumfangs der folgenden Patentansprüche
vorstellbar.