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Reflex-Lichtreflektor Die Erfindung bezieht sich auf Reflex-Lichtreflektoren
mit katadioptrischem Aufbau, bei denen eine Schicht von kleinen durchsichtigen Kugellinsen
(Glasperlen) teilweise in einer reflektierenden Bindemittelschicht eingebettet sind.
Derartige Reflektoren haben die Eigenschaft, einen strahlenden Lichtkegel zur Quelle
eines winklig einfallenden Lichtstrahles (s. Fi.g. z) zurückzuwerfen. Wegezeichen
und Markierungen der Reflexart sind bei Nacht für die Insassen eines ankommenden
Fahrzeuges besser sichtbar, weil :das reflektierte Licht in einem schmalen Kegel
konzentriert wird, der von selbst zu den Scheinwerfern und Insassen des Fahrzeuges
zurückkehrt. Unter Reflex-Lichtreflektoren oder Iteflex-Lichtrückstrahlern sind
also solche Reflektoren zu verstehen, die, auch bei schrägem Lichteinfall, eineinfallendesLichtbündel
imwesentlichen in der Richtung der Lichtquelle zurückwerfen.
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Die vorliegende Erfindung sieht einen Reflex-Lichtreflektor mit einer
einzigen Schicht winziger, durchsichtiger Kugeln vor, deren Brechungszahl annähernd
1,9 ist, sowie mit einer reflektierenden Schicht, die die hinteren Flächen der Kugeln
berührt und so eine katadioptrische Verbindung bildet, wobei die reflektierende
Schicht aus einem durchsichtigen Filmmaterial gebildet wird, dem kleinere Teile
von reflektierendem metallischem Blättchenpigment und durchsichtigem Farbpigment
beigemischt sind und das Blättchenpigment orientiert oder gerichtet ist und die
Anteile der Pig mente so in MJechselbeziehung stehen, daß eine
wirksame--
Färbung und hohe Brillanz des reflexreflektierten Lichtes erreicht wird.
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Die Erfindung sieht eine neue und nützliche Anordnung eines gefärbten
Reflexreflektors vor, die eine solche Verbindung optischer Strukturelemente hat,
daß hohe Brillanz mit Weitwinkelreflexion vorgeseheri ist: Der Reflektor reflektiert
gefärbtes-Licht hoher Brillanz, selbst wenn der einfallende Lichtstrahl auf die
Kugelschicht mit großem Winkel zu der Senkrechten (Normalen) auftrifft, und zwar
gesehen von Personen nahe -der Achse des einfallenden Strahles.
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Die Erfindung beruht auf der Auffindung der Reflexionseigenschaften,
die ,durch eine Schicht von winzigen transparenten Kugeln mit einer Brechungszahl
von annähernd, :r,9 erzeugt wird, wenn diese teilweise in einer reflektierenden
Bindemittelschicht eingebettet sind, :die aus einem durchsichtigenFilmmaterial besteht,
welches ein Gemisch von feinverteiltem Aluminiumpigment und durchsichtigem Farbpigment
enthält. Die Reflexion wird durch kdil Aluminiumblättchen und die Lichtfärbung :durch
die 'Teilchen des durchsichtigen Furbpi:b.ments -erzeugt, die als winzige Farbfilter
wirken. Die Brechungszahl des durchsichtigen Farbpigments ist imwe seitlichen gleich
:der des-durchsichtigen-Bindemittels, um -die und Diffusion an den Zwischenschichtflächen
derselben zu verkleinern. Ein Brechungsindex von annähernd 1,9 für Kugellinsen ist
erforderlich, um die gewünschte Farbwirkung sicherzustellen; dieser Wert ergibt
auch eine maximale Hochbrillanz und Weitwinkeleigemschaft. Die Wechselbeziehung
:der Veränderlichen wird im folgenden eingehender besprochen.
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Das Reflektormaterial kann in biegsamer wasserfester Blattform hergestellt
werden, (die für die Auf-
bringung auf geeignete Unterlagen einschließlich
bossierter Blechunterlagen bei der Herstellung von Wegezeichen und -markierungen
geeignet ist. Die Anordnung kann auch durch- Aufbringung geeigneter Überzüge unmittelbar
auf einer steifen Unterlege hergestellt werden. An Hand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben.
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Fig. r Zeigt schematisch ein Reflex-Reflektorblatt ro und den konzentrierten
Kegel des strahlenden reflektierten Lichtes, das zur Quelle eines winklig einfallenden
Strahles oder Bündels zurückkehrt. Die Wirkung ist ganzverschiedenvonder :eines
Spiegels, der eine spiegelnde Reflexion herbeiführt, und von derjenigen einer reflektierenden
diffusen Fläche, die die Ausbreitung des reflektierten Lichtes in allen Richtungen
verursacht.
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Fig.2 ist eine stark vergrößerte schematische Darstellung des Querschnittsauftxaus
eines bieg-' Samen Reflex-Reflektorblattes gemäß der Erfinidung. Zwecks größerer
Klarheit sind die Kugeln weiter voneinander entfernt, als bei der normalen, dicht
gedrängten Anordnung :dargestellt.
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Das dargestellte Blatt hat -einen nichtfaserigen oder faserfreien
Filmaufbau, der zwar selbsttragend ist, aber. zeitweise auf einem entfernbaren Trägerblatt
ei- befestigt ist, auf welchem :die Überzüge aufgebaut werden und- der,. falls gewünscht;
abgezogen werden kann. Der Film hat einen Rückseitenleimungsüberzug 2:z, ;der auf
das Trägerblatt aufgebracht ist und Lias Abziehen erleichtert und,der eine glatte
Oberfläche vorsieht, auf welche der Rückseitenreflektorfilm z3 aufgebracht wird.
Auf diesen wird die reflektierende Bindemittelschicht 2q. aufgebracht, in der eine
einzige Oberflächenschicht von winzigen durchsichtigen Kugeln a5 mit dem Brechungsindex
von etwa 1,9 eingebettet ist, die eingepreßt worden sind, während der Bindemttelüberzug
noch im plastischen Zustand (vor dem Backen) ist, so daß die rückwärtigen Flächen
den darunterliegenden Rückseitenreflektorfilm berühren oder sich diesem nähern.
Die reflektierende Bindemittelschicht hält nach dem Härten :die Kugeln fest in ihrer
Lage und berührt ihre hinteren Flächen.
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Der Rückseitenieflektorüberzug 23 und der reflektierende Bindemittelüberzug
24 wirken als neue Art von gefärbtem, reflektierendem Material, das an die Rückflächen
der Kugellinsen stößt. Die Kombination bildet eine chromatische katadioptrisdhe
Optik, die zur- Brechung, Filterung und Reflektierung in solcher Weise dient, daß
die vorstehend beschriebene Farbwirkung bei der Reflexion erzeugt wird.
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Diese reflektierenden Überzüge bestehen aus einem klaren durchsichtigen
filmbildenden Material, das ein Gemisch von feinverteiltem Aluminiumblättchenpigment
und durchsichtigem Farbpigment enthält. Die Alniminiumblättchen des Rückseitenreflektorüberzuges
a3 neigen dazu, an der Oberfläche flach zu liegen. Die Aluminiumblättchen :des Bindemittelüberzuges
aq. wiederum neigen infolge des Eintritts der Kugeln in diese Schicht während der
Herstellung dazu, sich zu richten, so däß sie mit ihren, Flächen nach den benachbarten
Kugelflächen zu liegen. Die beiidenüberzüge sehen somit- winzige, flache, silbrig
reflektierende Oberflächen vor, die nach den rückwärtigen halbkugeligen Flächen
jeder Kugellinse zu liegen und in geringer Nähe, aber im Abstand davon angeordnet
sind. Die durchsichtigen Farbpigmentteilchen sind winzig klein im Vergleich zu den
Aluminiumblättchen und einige dieser Teilchen liegen zwischen jeder Kugeloberfläche
und den daneb.enliegenden Blättchen, so daß .die Lichtstrahlen sowohl vor als auch
nach fier Reflexion von -den Blättchen aus gefiltert werden. Diese Filterwirkung
erzeugt eine Färbung der durch die Teilchen ausgesandten Lichtstrahlen, wobei der
Färbungsgrad (Farbintensität) von .der Wechselbeziehung der einzelnen Bestandteile
rabhängt.
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Wie sich aus Fig. 2 ergibt, stellen die Lichtstrahlen a im wesentlichen
paraxiale Strahlen einer entfernten Lichtquelle dar, die auf die äußere frei liegende
Fläche einer 'besonderen Kugel in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Reflektorblattes
auftreffen. Infolge der sphärischen und chromnatischen Abweichungen können diese
einfallenden Strahlen nicht zu einem genauen oder getreuen Brennpunkt gebracht werden.
Aber eine Kugellinse mit einer Brechungszahl von annähernd i,9
bricht
diese Strahlen, so daß sie zusammenlaufen und. wie dargestellt, auf der Rückfläche
der Kugel innerhalb einer kleinen Flächenzone auftreffen. Die Strahlen gehen durch
das durchsichtige Material des Reflektors einschließlich der durchsichtigen Farbpigmentteilchen
hindurch, bis sie durch die Aluminiumblättchen reflektiert werden, was eintritt,
während die Strahlen eng gebündelt oder ini Brennpunkt vereinigt sind (focused)
und nahe der Kugeloberfläche sind. Die reflektierten Strahlen (außer denjenigen,
die zerstreut sind), bilden einen divergierenden Lichtkegel, der an der vorderen
Oberfläche der Kugel gebrochen wird, so daß er in einem engen Kegel mit im wesentlichen
der gleichen Achse wie die einfallenden Strahlen konzentriert wird. Die von allen
Kugeln ausgesandten Farbstrahlen bilden einen Lichtkegel begrenzter Divergenz, der
zu der Lichtquelle geht. Personen, deren Auge nahe der Achse des beleuchteten Lichtstrahles
liegt, sehen d-as Reflektorblatt als glänzende Farbfläche, deren Sichtbarkeit ein
gewöhnlich bemaltes Blatt weit überschreitet. Die winzige Größe de: Kugeln verhindert
ihre Unterscheidung, und das Reflektorblatt erscheint, als wenn es fortlaufend mit
einer glänzenden Farbbemalung überzogen wäre. Die Vereinigung ider Aluminiumblättchen
und des durchsichtigen Farbpigments hat eine leuchtende lebendige F arbwirkung,
die einen Eindruck vermittelt, der ganz verschieden von dem von gewöhnlich bemalten
Flächen isst.
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Die paraxialen Strahlen b treffen gemäß der Darstellung die freie
Außenfläche einer Kugel unter einem großen Winkel zu der Normalen mit dem Ergebnis,
daß -die Strahlen nahe an einem axialen Punkt an :der Unterfläche der Kugel konvergieren
und von der Bindemittelschicht reflektiert und gefärbt werden. Die gefärbten reflektierten
Strahlen kehren zu der winklig liegenden Lichtquelle in der Weise zurück, wie es
eben für senkrecht einfallende Strahlen beschrieben worden ist. Dies ergibt die
Reflexionseigenschaft.
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Bei Tageslicht hat die Reflektorfläche ein gleichmäßig gefärbtes Aussehen
von etwa derselben Farbtönung, aber die Farbe ist dunkler.
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Das Wesen der Erfindung ergibt sich weiterhin aus der Beschreibung
des folgenden beispielsweise gegebenen besonderen Beispiels; in Verbindung damit
werden die Ergebnisse besprochen, die durch Veränderung der Anteile und anderer
Veränder -licher erzielt werden.
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In diesem Beispiel ist die Herstellung eines wasserfesten, biegsamen,
streckbaren Films eines Reflektorblattes der in Fig.2 gezeigten Art beschrieben,
der in Form eines fortlaufenden Bande hergestellt und in Rollen geliefert Werden
kann, die leicht in Blätter oder Streifen gewünschter Form geschnitten werden können,
um sie auf Unterlagenflächen bei der Herstellung von Zeichen und Markierungen aufzukleben
oder zu befestigen. 411e Teile sind in Gewichten angegeben.
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Das Trägerband besteht aus hochkalandriertem, hartoberflächi:gem Papier,
z. B. ein Fourdrinierpapier von 31,7 kg je Ries, das mit einer 4:oP/oigenLösung
von Isobutylmetliacrvlatpolymeren in Xylollösungsmittel in der Menge von etwa
842
bis 1036 mg je @i@54,8 cm2 (Naßgewicht) messerüberzogen
und dann getrocknet wird (i5 min bei 48,9° C sind zweckmäßig). Dieser Überzug haftet
zäh an dem Papier und sieht eine glatte Aufl,agefläche für die anschließenden Überzieharbeitsgänge
vor.
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Der Rückseitenleimungsüberzug des Reflektorblattes wird dann in zwei
Stufen aufgebracht. Das getrocknete Papier wird zunächst mit einer i,oo/oigen Lösung
von Polyvinylbutyral in Äthylenglykol, Monoäthylätlier als Lösurngsmittel in der
Menge von etwa 12.56 mg je i 54,2 cm- (2#Taßgewicht) messerüberzogen und dann einer
Ofentrocknung unterworfen (i Stunde bei 6o° C ist zweckmäßig). Dadurch wird eine
Rückfläche geschaffen, die das Trockenabziehen vom Papierträgerband erleichtert.
In der zweiten Stufe wird eine Überzugslösung aufgebracht, die 12,5 % Polyv inylbutyral
und 4,2 % Trikresy lphosphatplastizierungsmittel in demselben Lösungsmittel enthält,
und zwar in einer Menge von etwa 2592 bis 324o mg je 154,8 cm2 (Naßgewicht),
worauf .sich eine Ofentrocknung anschließt (5 min bei je 71, io-1 und 149° C nacheiii-and:er
sind zweckmäßig).
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Der Rückseitenreflektorüberzug wird dann aufgebracht, wobei ein Überzugsnaßgewicht
von 777 bis 907 mg je 154,8 cm2 der folgenden Formel benutzt wird (die Zahlen geben
die Gewichtsteile der angeführten Stoffe an):
| Lösung von wärmeabbindendem Harn- |
| stoff-Formaldehyd-H atz in flüchtigem |
| Lösungsmittel (5o o/o Feststoffe) . .. .. 61,5 |
| schweres geblasenes Rizinusöl (Plastizie- |
| rungsmittel) ....................... 30,8 |
| Ätliylenglykolmonoäthyläther (Lösungs- |
| mittel) ............. , ............ 5,0 |
| Blaues Phthalocyaninpigment . . . , . . . . . 7,7 |
| Aluminiumpigment (4o ND-Grad) ..... 5,o |
Dieser Reflektorüberzug wird getrocknet und durch Erhitzung in einem Ofen
10 min bei 7r° C. 15 min bei 137° C und 15 min bei i i i'° C nacheinander
gebacken.
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Die Bindemittelschicht derselben Zusammensetzung wird dann durch Messer
aufgebracht, wobei ein Überzugsnaßgewicht von 777 bis i ioi mg je 154,8 cm2 verwendet
wird. Ein Teil des Lösungsmittels wird aus dem aufgebrachten Überzug durch :eine
Erwärmung von 3 min bei 1o7° C entfernt. Solange der Überzug noch in urgebackenem
und plastischem Zustand ist, werden durchsichtige Glasperlen mit einem Brechungsindex
von annähernd i,9o und von einer Größe Nr..ii (Durchschnittsdurchmesser etwa o,127
bis o,178 mm) aufgebracht, um eine einfach gepackte Schicht zu bilden; der Üb.erschuß
wird entfernt und die Glasperlen in das Bindemittel eingedrückt, indem das überzogene
Blatt zwischen zwei Ouetschwalzen, von denen die eine aus Stahl ist und die andere
einen Gummiüberzug hat, hindurchgeführt wird. Das mit Perlen
versehene
Blatt wird schließlich im Ofen io min bei i i5° C und 9o bis i2o min bei 9o bis
96°C gebacken. Die an der Oberfläche zu viel haftenden Perlen können dadurch entfernt
werden, daß das Band um eine Walze läuft und die mit Perlen versehene Oberfläche
der Einwirkung einer Drehbürste und einem Luftstrom ausgesetzt wird. Jede eingebettete
Perle wird von dem Bindemittel bis etwas über ihre Mitte erfaßt, wodurch ein mechanisches
Einsockeln erzielt wird, um die Festigkeit der Verankerung zu vergrößern.
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Das Reflektorblatt kann dann von dem .Papierträgerband abgezogen werden
und -das letztere wieder benutzt werden; das Reflektorblatt ist vollständig selbsttragend.
Typische Reflektorfilme, die, wie beschrieben., hergestellt sind:, haben eine Zugfestigkeit
von 3,17 bis q.,53 kg je 2,54 cm Breite und einen _ Streckwert (bei Bruch) von 2o
bis 3010/0. Wenn die Beleuchtungsrichtung einen Winkel von 400 zur Normalen hat,
beträgt die Reflexionsbrillanz 85 % der bei normalem (senkrechtem) Einfall, woraus
sich :die ausgezeichnete Weitwinkelcharakteristik ergibt. Das reflektierte Licht
(bei Nacht) sieht hellblau aus, und die Tageslichtfarbe ist tief Graublau.
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Die Phthalocyaninpigmente, Töner und Lacke sind unlöslich, und jedes
dient als Pigment im Gegensatz zu löslichen Phthalocyaninfarben. Diese Klasse .der
Farbstoffe ist in einem Artikel der Industrial and Engineering Chemistry vom Juli
1939 auf S. 839 bis 847 beschrieben. Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt.
Die Verwendung von durchsichtigen Farbpigmenten in Drucktinten ist bekannt, und
verschiedene geeignete Pigmente einschließlich verschiedener Lackartpigmente sind
erhältlich. Das Farbpigment sollte so lichtfest wie möglich sein, um das Ausbleiben
der Farbe in Reflektoren zu vermindern, die ständig Tageslicht ausgesetzt sind.
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Bei der Herstellung der pigmentierten Überzugskompositionen besteht
das bevorzugte Verfahren darin, ein Farbpigmentkonzentrat dadurch herzustellen,
daß das Farbpigment mit genügend Rizinusöl gemahlen wird, um eine etwa 2ogewichtsprozentige
Konzentration vorzusehen und .dadurch die Pigmentteilchen zu trennen und zu verteilen.
Dieses Pigmentkonzentrat kann dann in dem richtigen Verhältnis mit den übrigen Bestandteilen
gemischt werden, um die letzte- für den Überzug benutzte Zusammensetzung herzustellen.
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Wenn die vorstehenden Zusammensetzungen der reflektierenden Überzüge
als Ausgangspunkt rangenommen werden, ist nun die Wirkung der Veränderungen kurz
folgendermaßen: Bei der obigen Zusammensetzung ist der Gewichtsprozentsatz des Aluminiumpigments
relativ zu den gesamten Harzfeststoffen plus Rizinusöl, das :den durchsichtigen
Filmkörper der getrockneten Überzüge bildet, 8,13 %. Der Gewichtsprozentsatz des
blauen Farbpigments ist 12,5 0/0. Die Vergrößerung des Farbpigmentverhältnisses
vertieft die Färbe, aber vermindert,den Reflexionsbrillanzwert (gemessen durch eine
photoelektrische Zelle). Die Verkleinerung des Farbpigmentverhältnisses vergrößert
die Brillanz, schwächt aber die Farbintensität (Chroma). Die Vergrößerung des Aluminiumpigmentverhältnisses
vergrößert die Reflexionsbrillanz, schwächt aber die Farbe und umgekehrt. Eine weitere
Wirkung der Veränderung besteht darin, daß der Grad der Divergenz der reflektierten
Strahlen etwas durch die Verminderung,des Farbpigmentverhältnisses oder durch Vergrößerung
des Aluminumpigmentverhältnisses vergrößert wird. Es ist offenbar, _daß eine zweckmäßige
Wechselbeziehung der Pibginentverhäfnisse für .das am meisten erwünschte Gleichgewicht
zwischen Sichtbarkeit und Farbaussehen erforderlich ist. Der beste numerische Wert
des Farbpigmentverhältnisses hängt natürlich von dem besonderen benutzten Pigment
ab, weil die Pigmente hinsichtlich der Farbschattierungen und der Absorption schwanken,
was sowohl von der Zusammensetzung des Pigments als auch von :der Teilchengröße
abhängt.
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Das Aluminiumblättchenpigment, das in der Zusammensetzung genannt
ist, hat eine Teilchengröße von etwa 0,0076 mm, d. h. -die Blättchen gehen durch
eine Sieböffnung einer Weite von annähernd 0,0076 mm hindurch. Das ist viel größer
als die Größe der Farbstoffteilchen, die kolloidale Abmessung haben, aber sie ist
viel kleiner als die Abmessung der Glasperlen. Die Verwendung von größeren Aluminiumblättchen
hat eine Verkleinerung der Reflexionsbrillanz und eine Vertiefung der Furbe zur
Folge beim Vergleich gleicher Gewichtsprozente.
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Die Brechungszahl der Glasperlen ist ein höchst kritischer Faktor.
Der optimale Wert liegt dicht bei ii,9o. Die Vergrößerung .des Wertes auf 1,95 vermindert
die Brillanz und schwächt sehr die Farb-,virkung. Die Verkleinerung des Wertes auf
1,85 vertieft die Farbe, aber vermindert erheblich die Brillanz.
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Eine wesentliche Veränderung der Perlengröße beeinflußt nicht merklich
die optischen Eigenschaften innerhalb eines Größenbereiches (Durchschnittsdurchmesser
von etwa 0,076 bis 0,254 mm). Die Verwendung dieser kleinen Perlen schafft
eine verhältnismäßig glatte äußere Vorderfläche, die zur Herstellung von Markierungszeichen
bemalt oder bedruckt werden kann, und erlaubt,die Herstellung eines sehr dünnen
und biegsamen Reflektorblattes. Die Zahl solcher Perlen je 6,45 cm2 einer einzelnen
Schicht übersteigt io ooo.
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Die in Fig.2 dargestellte Maßnahme rder Benutzung zweier getrennter
reflektierender Überzüge 23 und 24 ist für die Erfindung nicht wesentlich. Der Rückseitenreflektor
23 kann weggelassen werden, ohne .daß sich tote Stellen hinter den Kugeln ergeben,
vorausgesetzt, daß die Kugeln in dem Bindemittelüberzug 24 so eingebettet sind,
daß sie nicht in die Rückseitenfläche derselben eindringen-, dadurch k önnen die
rückwärtigen Seiten der Kugeln von' der überzugskomposition bedeckt werden, um eine
Reflexion für normal einfallende Strahlen vorzusehen. Die dargestellte Maßnahme
ist jedoch für
die fabrikmäßige Herstellung vorteilhaft, da die
richtige Kontrolle leichter sichergestellt ist.
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Es ist auch möglich, die Grundsätze der Erfindung bei anderen besonderen
Konstruktionsarten vorzusehen. Wenn z. B. der Rückseitenreflektorüberzug 23 Aluminiumpigment
enthält, ohne daß Farbpigment vorhanden ist, wird :das Reflexionsaussehen für normal
einfallende Lichtbündel silbrig sein, aber für winklig einfallendes Licht infolge
des Farbpigments in dem Bindemittelüberzug 2.4 ge färbt sein.
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Das Aluminiumblättchenpigment ist eine bevorzugte Art des reflektierenden
Metallblättchen pigments, aber es versteht sich, daß auch andere Arten als Äquivalente
in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Erfindung verwendet werden können. Beispielsweise
kann ein gelbes Bronzeblättchenpigment in Kombination mit einem durchsichtigen gelben
Farbpigment bei der Herstellung eines Reflektors mit klarer gelber Farbe benutzt
werden. Wenn Alüminiumblättchenpigment mit durchsichtigem gelbem Farbpigment benutzt
wird, wird dem reflektierten Licht dank der silbrigen Reflexionseigenschaft des
Aluminiums eine grünliche Färbung odergrünlicher Schein verliehen.
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Es versteht sich, daß jede Pigmentklasse aus einer Mischung von zwei
oder mehr insbesondere verschiedenen Pigmenten bestehen kann. Beispielsweise kann
eine Mischung von Aluminiumblättchen -pigment und Bronzeblättchenpi,gment als Metallblättchenpi,gmentbestandteil
benutzt werden. Gemische von durchsichtigen Farbpigmenten verschiedener Farbtönungen
können benutzt werden. Der durchsichtige Filmkörper der reflektierenden Schichten
kann durch eine Farbe gefärbt werden, um die Färbung zu ändern, und gefärbte Kugeln
können für den gleichen Zweck benutzt werden. Solche Kombinationen erlauben zusätzliche
Albwandlungen der Färbungen des Reflektors.