WO2014166693A1 - Neuartige strassenmarkierungen zur unterstützung der umfeldwahrnehmung von fahrzeugen - Google Patents

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WO2014166693A1
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road
particles
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Jörn KIWITT
Dominik Kiefer
Günter Schmitt
Marita Kaufmann
Michael OLAPOJU
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Evonik Industries Ag
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    • C09J2301/408—Additional features of adhesives in the form of films or foils characterized by the presence of essential components additives as essential feature of the adhesive layer

Definitions

  • the present invention comprises a novel concept for marking lanes, especially roads.
  • these new markings have comparable applicability and lifetime compared to the prior art.
  • the markings are also comparable in terms of night visibility, time to reusability and surface finish
  • the markings of the present invention aid in assisting driver assistance systems and autonomous vehicles.
  • the present invention relates in particular road markings, which are based on established systems with additional reflectivity for electromagnetic radiation, in particular for microwaves and / or infrared radiation equipped.
  • Road safety. Current systems are for example the Abstandstempomat, the emergency brake assistant, the parking aid and the lane change assistant.
  • the information regarding the static vehicle environment may be in the form of a stored map. All that needs to be done is a positioning within the map.
  • the localization can be performed, for example, with a Global Navigation Satellite System (GNSS) such as GPS or Galileo.
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • the disadvantage here is that the localization accuracy is not sufficient to guarantee a reliable operation of driver assistance systems and autonomous vehicles. More accurate localization can be achieved with a local, radio or optical localization system along the roadway.
  • the construction of this infrastructure is however complex and
  • Road markings are used.
  • the optical measuring method reaches its limits even in adverse weather conditions such as fog, rain and snow. Difficulties also occur when the sun is shallow and therefore dazzling. In the absence of contrast between road markings and
  • Road markings of driver assistance systems and autonomous vehicles can be reliably detected. Road markings which are adapted to the requirements of automotive systems for environmental perception have not yet been described in the prior art.
  • Roadway marking materials are currently used in systems such as solvent-based paints, water-based paints, thermoplastic paints, reaction resin or cold plastic paints, as well as prefabricated adhesive tapes.
  • the latter have the disadvantage that they are complex to produce and apply.
  • Solvent based paints are a very old state of the art and have the particular disadvantage that they are not covered with glass beads, for example
  • Marking films in particular those having glass beads on the surface for improving the night visibility, are described, for example, in WO 99/04099 and WO 99/04097. These documents also disclose a corresponding process for producing the marking films and for equipping these films with glass beads.
  • Reaction resin based road markings can be found for example in patent applications EP 2 054 453, EP 2 454 331, EP 2 528 967, WO 2012/100879 and WO 2012/146438.
  • Aqueous marking systems are described for example in EP 2 077 305, EP 1 162 237 and US 4,487,964.
  • Object of the present invention is to provide a new concept for road marking, which makes a contribution to the environment perception of vehicles, and in particular reflects microwave and / or infrared radiation particularly effective.
  • Road marking which contains spherical metal particles and / or cylindrical metal particles, each of particular dimensions.
  • the spherical metal particles used according to the invention in this case have a diameter d between ⁇ * 0.7 * ⁇ / ⁇ and ⁇ * 1, 3 * ⁇ / ⁇ , preferably between ⁇ * 0.9 * ⁇ / ⁇ and ⁇ * 1, 1 * ⁇ / ⁇ on.
  • ⁇ is the wavelength of the radiation to be reflected.
  • X is an integer between 1 and 6, preferably between 1 and 4 and more preferably around 1.
  • spherical in the ideal case means that the particles are almost perfect spheres, but according to the invention, spherically they are not perfect but also spherical Such particles have a maximum ratio of 1, 5, preferably 1, 3 between the thickest diameter to be measured and the thinnest diameter of the particle to be measured, whereby these diameters always pass through the geometric center of gravity of the particle Alternatively or additionally, a second type of metal particles, which are cylindrical metal particles, can be used
  • These metal particles have a length-to-width ratio between 2 and 100, preferably between 4 and 50 and more preferably between 5 and 20. Furthermore, these particles have a length I between y * A / 1, 8 and y * A / 3, preferably between y * A / 1, 9 and y * A / 2.2. In this case, y is an integer between 1 and 20, preferably between 1 and 4 and particularly preferably around 1.
  • the cylindrical metal particles in this case also comprise metal particles which consist of two or more, described cylindrical
  • the orientation of the small dipole antennas in or on the pavement marking should be adapted to the polarization of the radar waves. This means that these particles are ideally placed perpendicular to the direction of travel on the lane marking. As a result, the mark is no longer out of all
  • radar sensors are used with in particular the following frequency bands: Between 24 and 24.25 GHz, between 21, 65 and 26.65 GHz, between 76 and 77 GHz, between 77 and 81 GHz and in the future most likely at about 122 GHz. Particularly interesting are the widely used frequency bands between 76 and 77 GHz and between 77 and 81 GHz.
  • this frequency band is expected to be used primarily for near-field detection.
  • automotive radar sensors also use bands between 46.7 and 46.9 GHz and between 60 and 61 GHz.
  • the particle size is calculated according to the above-mentioned information from the wavelength, which results directly from the frequency of the electromagnetic radiation used.
  • ⁇ c / f, with f equal to the frequency and c equal to the propagation velocity at which it is in the case of
  • electromagnetic radiation is about the speed of light.
  • These metal particles reflect electromagnetic radiation, which is emitted by a corresponding device on a vehicle, for example.
  • the vehicle may be equipped with a corresponding detector which detects the reflected radiation. In this way, information for controlling the vehicle directly on the road surface, at the
  • the metal particles are particularly preferably particles which consist wholly or partly of aluminum, iron, zinc, magnesium or an alloy which contains predominantly aluminum, iron or zinc. Particularly preferred are particles which consist wholly or partly of aluminum or iron. But it can also be combined with different materials. This can e.g. such that more than one type of metal particle is used.
  • Metal particles i. Particles made entirely of metal.
  • the invention is not limited to such particles. So also metallic hollow balls can be used.
  • the surface of the particle may be coated with the metal, while below it may be another material, e.g. Glass or a plastic.
  • the invention is a metal coated with glass, PMMA or polycarbonate, particularly preferably in spherical form.
  • Particles of this last embodiment contribute not only to the reflection of said electromagnetic radiation, ie in particular of microwaves and / or infrared radiation, but also reflect visible light very well.
  • the reflection of visible light can be ensured. The latter is particularly important at night and according to the state of the art has so far been achieved predominantly by pure glass beads.
  • the particles may simply be embedded in the matrix material of the road marking. Even if the metal particles are completely enclosed by this matrix material, reflection of eg microwaves is still possible. Alternatively, the metal particles are on the surface of the road marking. In particular, in such an embodiment - but also in a
  • the matrix material of the pavement marker includes the
  • adhesion promoter results for the person skilled in each specific case in particular from the choice of the matrix material and the metal used.
  • adhesion promoters are silanes, hydroxy esters, amino esters, urethanes, isocyanates and / or acids copolymerizable with (meth) acrylates.
  • the silanes may be, for example, silanized - e.g. oxidic - glass or
  • Aminoester is e.g. N-dimethylaminopropylmethacrylamide.
  • the amount of metal particles used can be chosen to be relatively variable.
  • the limiting factor with respect to the minimum quantity is sufficient detection by a sensor.
  • a sufficient minimum amount can already be achieved with 0.1 area% coverage of the marking by metal particles.
  • the number of metal balls with respect to the lower limit is analogous.
  • a covering layer of the metal particles can be formed quite well.
  • the inventive solution of a metal particle-containing road marking can be based on various established road marking systems.
  • a road marking is selected, in which a sufficient adhesion for the metal particles is ensured.
  • road markings are suitable, can be incorporated into the glass beads.
  • the road markings that can be used are structural markings, in particular cold plastics, adhesive tapes or adhesive tapes
  • the metal particles can be added analogously to the glass beads during the manufacture of the adhesive tape.
  • thermoplastic can also be applied in structures or local elevations, so that a local accumulation of the beads or a pattern of the same is achieved. This method is also simply analogous to metal particles
  • an adhesive layer can be applied to the top of the adhesive tape to which the metal particles - optionally together with the
  • Glass beads - are sprinkled and then cured and / or sealed with another layer of paint or foil. Furthermore, it is also possible the metal particles in the production of a multilayer film at a
  • Road marking to act around a water color can be a cold plastic.
  • the latter is obtained by applying and curing a mostly filled reaction resin.
  • solvent-based systems are also conceivable. However, these are rather insignificant in the area of structural markings.
  • the metal particles can be incorporated into the marker in a similar manner. Both systems are usually two-component systems whose components are mixed together shortly before application. In this case, the metal particles can be stirred in the same process step. Alternatively, the metal particles in one of
  • the road marking on the surface may additionally comprise glass beads. This is independent of whether the metal particles are contained in the matrix or are also on the surface. If the
  • Metal particles on the surface they additionally contribute to the light reflection. If the metal particles are contained in the matrix, this has the advantage that they are slowed down on the road and thus are a little more durable.
  • Polycarbonate-coated metal particles are very preferably applied to the surface.
  • Glass beads are preferably used in formulations for pavement markings and surface markers as reflectants. The used
  • glass beads have a diameter of 10 ⁇ to 2000 ⁇ , preferably 50 ⁇ to 800 ⁇ .
  • the glass beads can be provided with a primer for better processing and adhesion.
  • the glass beads can be silanized.
  • Such a cold plastic is usually made from a 2K reaction resin.
  • a component contains 1, 0 to 5.0% by weight of an initiator, preferably a peroxide or an azo initiator, particularly preferably dilauroyl peroxide and / or dibenzoyl peroxide.
  • the other component contains 0.5 to 5.0% by weight of one Accelerator, preferably a tertiary, aromatic substituted amine.
  • one of the two components may well only from the / mentioned
  • the two components of the reaction resin and thus the cold plastic formed therefrom preferably have the following additional ingredients in total:
  • crosslinker preferably di-, tri- or polyfunctional (meth) acrylates
  • prepolymers preferably polymethacrylates and / or polyesters
  • the formulation poly (meth) acrylates includes both polymethacrylates and polyacrylates as well as copolymers or mixtures of both.
  • the formulation (meth) acrylates accordingly includes methacrylates, acrylates or mixtures of both.
  • composition of particularly suitable cold plastics or the reaction resins based on these cold plastics can be read in particular in WO 2012/100879. There you will also find information on the other auxiliaries. However, the core shell listed in WO 2012/100879 are Particle is not an essential feature for practicing the present invention.
  • the proportion of prepolymers can be higher.
  • Pavement marking e.g. in the form of rolling over by vehicles, understood.
  • the time to reach a rollover is the time between the application of the lane marking to the time at which none
  • Road surface or to the embedded metal particles and optional glass beads or deformation of the mark can be detected more.
  • the dimensional and adhesion stability is measured in accordance with DIN EN 1542 99 in accordance with DAfStb-RiLi 01.
  • reaction resins or cold plastics according to the invention may e.g. be applied by spraying, by casting or by extrusion or manually by means of a trowel, a roller or a doctor blade.
  • Road marking Part of the present invention which is characterized by the following
  • the components of the 2K system are mixed. This mixture is applied to the road surface and during or immediately after application of the cold plastic on the road surface the metal particles and optionally glass beads are added. This is preferably done by sprinkling, more preferably in accelerated form.
  • Blending of the hardener after application may e.g. by subsequent application with two or more nozzles or by applying
  • a primer - containing the hardener component - can be pre-sprayed before the cold plastic or cold spray plastic is applied.
  • Marking machines usually have one or two additional nozzles with which the metal particles and optionally the glass beads are then sprayed on.
  • reaction resins according to the invention or the cold plastics produced therefrom are preferably used for the production of long-lasting pavement markings.
  • systems in particular in the form of a
  • Adhesive tape for temporary markings e.g. in a construction site area
  • Adhesive tape for temporary markings are used.
  • the road markings according to the invention are applied in such a way that only areas of the road marking are provided with the metal particles.
  • Information be provided.
  • information in the form of a kind of bar code can be deposited on the road surface. These are read out by the vehicle equipped with a corresponding sensor. In this way, for example, on danger spots or
  • Microwave radiation with a frequency between 20 and 130 GHz Microwave radiation with a frequency between 20 and 130 GHz.
  • aluminum particles from Eisentechnik Würth GmbH with the designations GRANAL S-80 and GRANAL S-100 were used. Such aluminum particles are sold for use as blasting agents. The shape of the particles is roundish with an uneven surface.
  • the particles have the following sizes:
  • GRANAL S-80 diameter between 0.80 and 1.20 mm
  • GRANAL S-100 Diameter between 1, 00 and 1, 80 mm
  • the glass beads used on the surface are silanized glass beads of the type Vialux 20 from Sovitec. These glass beads have a diameter in a range between 600 and 1400 ⁇ .
  • the formulation of the cold plastic used is based on the composition disclosed in WO 2012/100879 as Example 2. There especially the
  • Example 1 The composition of the core-shell particles can be read.
  • Example 1 The composition of the core-shell particles can be read.
  • the mass was poured onto a metal sheet. Within one minute after pouring, the surface is sprinkled with GRANAL S-100 particles. In this case, an amount is used which corresponds to 500 g of particles / in 2 .
  • the production of test specimens according to DIN 50125 takes place. Pot life: 14 min; Curing time: 30 min; Flow time (4 mm): 252 sec
  • the operating principle of a radar sensor is a microwave
  • the distance to the object is determined by the time difference between transmission and reception of the signal.
  • Radar cross-section RCS quantified This is especially useful if it is a point-shaped object.
  • Point-shaped objects reflect the incoming radar wave, so that when
  • This test mark will be on level ground and in an EM wave
  • a radar sensor operating in the frequency band 76 to 77 GHz is installed at a horizontal distance l min from the mark.
  • the radar sensor is oriented so that the main radar lobe is aligned with the longitudinal direction of the lane marker.
  • the radar sensor has a height of h sen sor above the plane in which the lane marking is located.
  • the target size to be measured can be calculated theoretically:
  • ⁇ is the gain factor of the reflection on the aluminum particles, which is caused by the Mie scattering in comparison to the optical reflection.
  • the attenuation factor d takes into account that the surface of the
  • Attenuation factor d can theoretically be calculated for spherical particles:
  • 25 m / A is the mass of particles per area distributed on the marking. In example 1, this is 500 g / m 2 .
  • p is the density of the particles.
  • r is the radius of the spherical particles.
  • the greater practical value can be explained by the fact that the radar lobe is not perpendicular to the marking plane. Due to the oblique viewing angle of the radar sensor on the marking, the theoretically calculated d is significantly larger and thus also the ⁇ / ⁇ .
  • Example 4
  • Example 2 As in Example 1, except that instead of GRANAL S-100 as a material cylindrical aluminum particles are used.
  • the length of the cylinders is between 1, 7 and 2.2 mm.
  • the thickness of the particles is 0.2 mm.
  • 100 g of particles per m 2 are scattered on the mark.
  • glass beads are sprinkled in an amount corresponding to 280 g / m 2 .
  • Example 6 but without aluminum particles.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung umfasst ein neuartiges Konzept zur Markierung von Fahrbahnen, insbesondere von Straßen. Dabei weisen diese neuen Markierungen gegenüber dem Stand der Technik vergleichbare Applizierbarkeit und Lebensdauer auf. Auch entsprechen die Markierungen in Bezug auf die Nachtsichtbarkeit, die Dauer bis zur Wiederbefahrbarkeit und die Oberflächenbeschaffenheit vergleichbare Eigenschaften zum Stand der Technik. Zusätzlich tragen die Markierungen der vorliegenden Erfindung jedoch dazu bei, dass mit ihrer Hilfe moderne Fahrerassistenzsysteme und autonomes Fahren unterstützt werden können. Dazu betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere Straßenmarkierungen, die aufbauend auf etablierten Systemen mit zusätzlicher Reflexionsfähigkeit für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für Mikrowellen und/oder Infrarotstrahlung ausgestattet sind.

Description

Neuartige Straßenmarkierungen zur Unterstützung der
Umfeldwahrnehmung von Fahrzeugen
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung umfasst ein neuartiges Konzept zur Markierung von Fahrbahnen, insbesondere von Straßen. Dabei weisen diese neuen Markierungen gegenüber dem Stand der Technik vergleichbare Applizierbarkeit und Lebensdauer auf. Die Markierungen haben auch in Bezug auf die Nachtsichtbarkeit, die Dauer bis zur Wiederbefahrbarkeit und die Oberflächenbeschaffenheit vergleichbare
Eigenschaften zum Stand der Technik. Zusätzlich tragen die Markierungen der vorliegenden Erfindung jedoch dazu bei, dass mit ihrer Hilfe Fahrerassistenzsysteme und autonome Fahrzeuge unterstützt werden können. Dazu betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere Straßenmarkierungen, die aufbauend auf etablierten Systemen mit zusätzlicher Reflexionsfähigkeit für elektromagnetische Strahlung, insbesondere für Mikrowellen und/oder Infrarotstrahlung ausgestattet sind.
Stand der Technik
Fahrerassistenzsysteme (FAS) sind schon länger im Fokus der
Automobilentwicklung. Die Systeme erhöhen den Fahrkomfort und die
Verkehrssicherheit. Aktuelle Systeme sind zum Beispiel der Abstandstempomat, der Notbremsassistent, die Einparkhilfe und der Spurwechselassistent. Zur
Umfeldwahrnehmung werden meist Radar-, Infrarot-, Lidar-, Kamera- und/oder Ultraschallsensoren verwendet. Viele Fahrerassistenzsysteme, wie beispielsweise Spurhalteassistenten, benötigen zuverlässige Informationen bezüglich der Fahrbahn wie beispielsweise Spurbreite, Anzahl der Spuren und Streckenverlauf. Außerdem muss die Fahrzeugposition relativ zur Fahrbahn bekannt sein. Das zuverlässige Ermitteln dieser Daten ist vor allem im Hinblick auf die Zukunftsvision„Autonomes Fahren" von besonders großer Wichtigkeit.
Die Informationen bezüglich der statischen Fahrzeugumgebung können in Form einer abgespeicherten Karte vorliegen. Es muss lediglich eine Positionierung innerhalb der Karte vorgenommen werden. Die Lokalisierung kann beispielsweise mit einem Globalen Navigationssatellitensystem (GNSS) wie GPS oder Galileo durchgeführt werden. Nachteilig ist dabei, dass die Lokalisierungsgenauigkeit nicht ausreicht, um einen zuverlässigen Betrieb von Fahrerassistenzsystemen und autonomen Fahrzeugen zu garantieren. Eine genauere Lokalisierung kann mit einem lokalen, funkbasierten oder optischen Lokalisierungssystem entlang der Fahrbahn erzielt werden. Der Aufbau dieser Infrastruktur ist jedoch aufwändig und
kostenintensiv.
Bei dem Verfahren mit einer abgespeicherten Karte ist zusätzlich nachteilig, dass die Karte exakt der Realität entsprechen muss. Dies kann durch temporäre Störungen oder Veränderungen im Fahrbahnverlauf wie zum Beispiel Baustellen nicht garantiert werden.
Aus den genannten Gründen ist es für FAS und autonome Fahrzeuge essentiell, präzise Informationen bzgl. der Fahrbahn/Fahrspur und der dazu relativen
Eigenposition während der Fahrt zuverlässig zu ermitteln.
Derzeit wird diese Aufgabe fast ausschließlich mit Videokameras gelöst, die meist hinter der Windschutzscheibe am Rückspiegel montiert sind. Mit Hilfe von digitaler Bildverarbeitung werden im Videobild die Fahrspuren detektiert. Die Fahrspuren werden dabei primär anhand der Fahrbahnmarkierungen erkannt. Die Systeme können die Fahrspuren allerdings nicht in allen Situationen zuverlässig erkennen. Probleme treten in Baustellen auf, wenn temporäre
Fahrbahnmarkierungen zum Einsatz kommen. Das optische Messverfahren stößt auch bei widrigen Witterungsverhältnissen wie Nebel, Regen und Schnee an seine Grenzen. Schwierigkeiten treten zusätzlich bei flach stehender und damit blendender Sonne auf. Bei mangelndem Kontrast zwischen Fahrbahnmarkierungen und
Fahrbahnbelag, sowie bei erodierten oder gar nicht vorhandenen
Fahrbahnmarkierungen kann die Fahrspur teilweise gar nicht erkannt werden.
Außerdem können Teerfugen auf der Fahrbahn zu Fehlinterpretationen bei der Spurerkennung führen.
Aus den genannten Gründen besteht die Notwendigkeit, dass
Fahrbahnmarkierungen von Fahrerassistenzsystemen und autonomen Fahrzeugen verlässlicher erkannt werden können. Fahrbahnmarkierungen die den Anforderungen automobiler Systeme zur Umfeldwahrnehmung angepasst sind, sind bis dato noch nicht im Stand der Technik beschrieben.
Es gibt verschiedene Arten von Straßenmarkierungen.
Als Fahrbahnmarkierungsmaterialien werden zurzeit Systeme wie Lösungsmittel basierte Farben, Wasserfarben, thermoplastische Farben, Farben auf Basis von Reaktionsharzen bzw. Kaltplastiken sowie vorgefertigte Klebebänder eingesetzt. Letztere haben den Nachteil, dass sie aufwändig herzustellen und zu applizieren sind. Auch gibt es in Hinblick auf eine anzustrebende Langlebigkeit der Markierung nur eingeschränkte Freiheitsgrade bezüglich der Ausgestaltung der Markierung, z.B. mit Glasperlen.
Lösungsmittel basierte Farben sind ein sehr alter Stand der Technik und weisen den besonderen Nachteil auf, dass diese zum Beispiel nicht mit Glasperlen zur
Verbesserung der Reflexion von Licht ausgestattet werden können. Markierungsfolien, insbesondere solche mit Glasperlen auf der Oberfläche zur Verbesserung der Nachtsichtbarkeit sind beispielsweise in WO 99/04099 und WO 99/04097 beschrieben. In diesen Schriften ist auch ein entsprechendes Verfahren zur Herstellung der Markierungsfolien und zur Ausrüstung dieser Folien mit Glasperlen offenbart.
Reaktionsharz basierte Straßenmarkierungen finden sich beispielsweise in den Patentanmeldungen EP 2 054 453, EP 2 454 331 , EP 2 528 967, WO 2012/100879 und WO 2012/146438.
Wässrige Markierungssysteme sind beispielsweise in EP 2 077 305, EP 1 162 237 und US 4,487,964 beschrieben.
Aufgabe
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen Konzepts zur Straßenmarkierung, das einen Beitrag zur Umfeldwahrnehmung von Fahrzeugen leistet, und dabei insbesondere Mikrowellen und/oder Infrarotstrahlung besonders effektiv reflektiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist darüber hinaus, dass diese
Straßenmarkierung einfach zu applizieren ist und über eine lange Lebensdauer verfügt.
Eine besondere Aufgabe besteht darin, dass diese neuartigen Straßenmarkierungen durch Modifikation etablierter Systeme zur Verfügung gestellt werden und damit mit bereits vorhandenen Methoden, ohne zusätzliche Umrüstung der entsprechenden Maschinen, verlegt bzw. appliziert werden können.
Weitere nicht explizit genannte Aufgaben ergeben sich aus dem
Gesamtzusammenhang der nachfolgenden Beschreibung, Ansprüche und Beispiele.
Lösung
Die Aufgaben werden gelöst durch eine neuartige, strahlenreflektierende
Straßenmarkierung, welche kugelförmige Metallpartikel und/oder zylinderförmige Metall partikel, jeweils besonderer Abmessungen, enthält. Die erfindungsgemäß eingesetzten kugelförmigen Metallpartikel weisen dabei einen Durchmesser d zwischen χ*0,7*λ/π und χ*1 ,3*λ/π, bevorzugt zwischen χ*0,9*λ/π und χ*1 ,1 *λ/π auf. Bei λ handelt es sich dabei um die Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung. Bei x handelt es sich um eine ganze Zahl zwischen 1 und 6, bevorzugt zwischen 1 und 4 und besonders bevorzugt um 1 . Diese Durchmesser stellen - in Abhängigkeit von der eingestrahlten Wellenlänge - die Bereiche der maximalen Mie-Streuung dar. „Kugelförmig" bedeutet erfindungsgemäß im Idealfall, dass es sich bei den Partikeln um nahezu perfekte Kugeln handelt. Erfindungsgemäß werden unter kugelförmig jedoch auch nicht perfekt, sondern nur annähernd perfekt kugelförmige Partikel verstanden. Solche Partikel haben maximal ein Verhältnis von 1 ,5, bevorzugt von 1 ,3 zwischen dem dicksten zu messenden Durchmesser und dem dünnsten zu messenden Durchmesser des Partikels. Diese Durchmesser durchlaufen dabei immer den geometrischen Schwerpunkt des Partikels. Erfindungsgemäß alternativ oder zusätzlich kann eine zweite Art Metallpartikel, bei denen es sich um zylinderförmige Metallpartikel handelt, eingesetzt werden. Diese zylinderförmigen Metallpartikel werden in Bezug auf Ihr Streu- und
Reflexionsverhalten auch als Dipolantennen bezeichnet. Diese Metallpartikel weisen ein Längen-Breiten-Verhältnis zwischen 2 und 100, bevorzugt zwischen 4 und 50 und besonders bevorzugt zwischen 5 und 20 auf. Weiterhin haben diese Partikel eine Länge I zwischen y*A/1 ,8 und y*A/3, bevorzugt zwischen y*A/1 ,9 und y*A/2,2. Dabei handelt es sich bei y um eine ganze Zahl zwischen 1 und 20, bevorzugt zwischen 1 und 4 und besonders bevorzugt um 1 handelt. Die zylinderförmigen Metallpartikel umfassen dabei auch Metallpartikel, die aus zwei oder mehreren, miteinander verbundenen beschriebenen zylinderförmigen
Metallpartikeln bestehen. Um eine optimale Resonanz auf die elektromagnetische Strahlung zu erhalten, sollte die Orientierung der kleinen Dipolantennen in bzw. auf der Fahrbahnmarkierung der Polarisation der Radarwellen angepasst sein. Dies bedeutet, dass diese Partikel idealerweise senkrecht zur Fahrtrichtung ausgerichtet auf die Fahrbahnmarkierung gegeben werden. Dadurch ist die Markierung allerdings nicht mehr aus allen
Richtungen detektierbar. Letzteres kann je nach Anwendung sogar einen Vorteil darstellen.
Bei kugelförmigen Partikeln ist dagegen eine Ausrichtung nicht nötig.
In automobilen Fahrerassistenzsystemen werden in Europa Radarsensoren mit insbesondere folgenden Frequenzbändern verwendet: Zwischen 24 und 24,25 GHz, zwischen 21 ,65 und 26,65 GHz, zwischen 76 und 77 GHz, zwischen 77 und 81 GHz und zukünftig höchst wahrscheinlich bei ca. 122 GHz. Besonders interessant sind dabei die weit verbreiteten Frequenzbänder zwischen 76 und 77 GHz und zwischen 77 und 81 GHz.
Mit dem Frequenzband bei ca. 122 GHz wird eine höhere Winkelauflösung, jedoch im Fernbereich eine stärkere Dämpfung erzielt. Deshalb wird dieses Frequenzband voraussichtlich in erster Linie zur Detektion im automobilen Nahbereich verwendet werden.
In den USA und Japan werden für automobile Radarsensoren auch Bänder zwischen 46,7 und 46,9 GHz bzw. zwischen 60 und 61 GHz verwendet. Insbesondere werden die Metallpartikel in den erfindungsgemäßen
Straßenmarkierungen für eine zu reflektierende elektromagnetische Strahlung mit einer Frequenz zwischen 20 und 130 GHz, bevorzugt zwischen 76 und 81 GHz ausgewählt. Dabei errechnet sich die Partikelgröße gemäß weiter oben aufgeführten Angaben aus der Wellenlänge, die sich direkt aus der Frequenz der eingesetzten elektromagnetischen Strahlung ergibt. Dabei ist λ = c/f, mit f gleich der Frequenz und c gleich der Ausbreitungsgeschwindigkeit, bei der es sich im Falle der
elektromagnetischen Strahlung um die Lichtgeschwindigkeit handelt. Somit ergeben sich beispielsweise für kugelförmige Metallpartikel mit einem Faktor x = 1 folgende beispielhafte Partikelgrößen:
a) Für das Frequenzband zwischen 24 und 24,25 GHz und damit einer mittleren Frequenz f = 24,125 GHz bzw. λ = 12,4 mm ergibt sich ein idealer
Durchmesser d von 3,95 mm.
b) Für das Frequenzband zwischen 76 und 77 GHz und damit einer mittleren Frequenz f = 76,5 GHz bzw. λ = 3,92 mm ergibt sich ein idealer Durchmesser d von 1 ,25 mm.
c) Für das Frequenzband zwischen 77 und 81 GHz und damit einer mittleren Frequenz f = 79 GHz bzw. λ = 3,8 mm ergibt sich ein idealer Durchmesser d von 1 ,21 mm.
d) Für f = 122 GHz bzw. λ = 2,46 mm ergibt sich ein idealer Durchmesser d von 0,78 mm.
Somit ergeben sich beispielsweise für zylinderförmige Metallpartikel mit einem Faktor y = 1 folgende beispielhafte Partikellängen:
a) Für das Frequenzband zwischen 24 und 24,25 GHz und damit einer mittleren Frequenz f = 24,125 GHz bzw. λ = 12,4 mm ergibt sich eine ideale Länge I von 6,20 mm.
b) Für das Frequenzband zwischen 76 und 77 GHz und damit einer mittleren Frequenz f = 76,5 GHz bzw. λ = 3,92 mm ergibt sich eine ideale Länge I von 1 ,96 mm.
c) Für das Frequenzband zwischen 77 und 81 GHz und damit einer mittleren Frequenz f = 79 GHz bzw. λ = 3,8 mm ergibt sich eine ideale Länge I von 1 ,90 mm.
d) Für f = 122 GHz bzw. λ = 2,46 mm ergibt sich eine ideale Länge I von 1 ,23 mm.
Diese Metallpartikel reflektieren elektromagnetische Strahlung, die zum Beispiel durch eine entsprechende Vorrichtung an einem Fahrzeug abgestrahlt wird. Gleichzeitig kann das Fahrzeug mit einem entsprechenden Detektor ausgestattet sein, der die reflektierte Strahlung detektiert. Auf diese Weise können Informationen zur Steuerung des Fahrzeugs direkt auf der Straßenoberfläche, an der
Straßenmarkierung abgelesen werden.
Besonders bevorzugt handelt es sich bei den Metallpartikeln um Partikel, die ganz oder teilweise aus Aluminium, Eisen, Zink, Magnesium oder einer Legierung, die überwiegend Aluminium, Eisen oder Zink enthält, bestehen. Insbesondere bevorzugt sind Partikel, die ganz oder teilweise aus Aluminium oder Eisen bestehen. Es können aber auch verschiedene Materialien miteinander kombiniert werden. Dies kann z.B. derart erfolgen, dass mehr als eine Sorte Metallpartikel verwendet wird.
In der einfachsten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um solide
Metallpartikel, d.h. Partikel, die ganz aus dem Metall bestehen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf solche Partikel beschränkt. So können auch metallische Hohlkugeln zum Einsatz kommen. Weiterhin kann die Oberfläche des Partikels mit dem Metall beschichtet sein, während sich darunter ein anderes Material wie z.B. Glas oder ein Kunststoff befinden. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich um ein mit Glas, PMMA oder Polycarbonat beschichtetes Metall, besonders bevorzugt in Kugelform. Partikel dieser letzten Ausführungsform tragen dabei nicht nur zur Reflexion der genannten elektromagnetischen Strahlung, also insbesondere von Mikrowellen und/oder Infrarotstrahlung, bei, sondern reflektieren zusätzlich sichtbares Licht sehr gut. Dadurch kann, wenn sich die Partikel auf der Oberfläche der Straßenmarkierung befinden, zusätzlich noch die Reflexion von sichtbarem Licht gewährleistet werden. Letztere ist besonders nachts von Bedeutung und wird gemäß Stand der Technik bis dato überwiegend durch reine Glasperlen erreicht.
Die Partikel können einfach in das Matrixmaterial der Straßenmarkierung eingebettet sein. Auch wenn die Metallpartikel komplett von diesem Matrixmaterial umschlossen sind, ist eine Reflexion z.B. von Mikrowellen noch möglich. Alternativ befinden sich die Metallpartikel auf der Oberfläche der Straßenmarkierung. Insbesondere in einer solchen Ausführungsform - jedoch auch bei einer
vollständigen Einbettung - ist es bevorzugt, wenn zusätzlich Haftvermittler verwendet werden, um die Haftung der Metallpartikel an das Material der Straßenmarkierung zu verbessern.
Hierzu gibt es zwei alternative Ausführungsformen. In der ersten sind die
Metallpartikel auf der Oberfläche mit einem Haftvermittler versehen. In der zweiten Ausführungsform enthält das Matrixmaterial der Straßenmarkierung den
Haftvermittler.
Als Haftvermittler kommen eine Reihe von Substanzen in Frage. Die Auswahl des Haftvermittlers ergibt sich für den Fachmann in jedem konkreten Fall insbesondere aus der Wahl des Matrixmaterials und des verwendeten Metalls. Beispiele für solche Haftvermittler sind Silane, Hydroxyester, Aminoester, Urethane, Isocyanate und/oder mit (Meth)acrylaten copolymerisierbare Säuren. Bei den Silanen kann es sich beispielsweise um eine Silanisierung der - z.B. oxidischen - Glas- oder
Metalloberfläche handeln. Es kann aber zum Beispiel auch ein Alkoxy- und/oder Hydroxysilylalkyl(meth)acrylat, wie es zum Beispiel von der Firma Evonik Industries AG unter dem Namen Dynasylan® MEMO vertrieben wird, verwendet werden. Ein Beispiel für einen Hydroxyester ist Hydroxyethylmethacrylat. Beispiele für eine copolymerisierbare Säure sind Itaconsäure, Maleinsäure, Methacrylsäure,
Acrylsäure, ß-Carboxy-ethyl-acrylat oder die entsprechenden Anhydride. Ein
Aminoester ist z.B. N-Dimethylaminopropylmethacrylamid.
Die Menge der eingesetzten Metallpartikel kann relativ variabel gewählt werden. Der limitierende Faktor bezüglich der Mindestmenge ist eine ausreichende Detektion durch einen Sensor. Eine ausreichende Mindestmenge kann dabei bereits mit 0,1 Flächen% Abdeckung der Markierung durch Metallpartikel erreicht werden.
Insbesondere in Hinblick auf die Langlebigkeit der Reflexionsfähigkeit sind jedoch größere Mengen bevorzugt. Eine Orientierung kann dabei anhand der üblicherweise verwendeten Menge an Glasperlen für den Fachmann erfolgen. Dabei stören ähnliche Mengen Glasperlen, die zusätzlich auf die Markierung gestreut werden, nicht. Trotzdem ist insgesamt natürlich darauf zu achten, dass die Flächensumme aus Glasperlen und Metallpartikeln die auf die Oberfläche gegeben werden derart kleiner als die Fläche der Markierung ist, dass der Großteil der Partikel und Perlen Kontakt zur Oberfläche des Materials bekommt. Sollten die Metallpartikel derart in die Matrix eingearbeitet werden, dass diese von der Matrix vollständig umschlossen sind, ist darauf zu achten, dass durch eine zu große Menge Partikel die Kohäsion der Matrix nicht gestört wird.
Im Falle von Klebefolien ist die Zahl der Metallkugeln bezüglich der Untergrenze analog zu betrachten. Bezüglich der Obergrenze kann eine deckende Schicht aus den Metallpartikeln durchaus gebildet werden.
Die erfindungsgemäße Lösung einer Metallpartikel enthaltender Straßenmarkierung kann auf diversen etablierten Straßenmarkierungssystemen basieren. Entscheidend für die Ausführung ist nur, dass eine Straßenmarkierung gewählt wird, in der eine ausreichende Haftung für die Metallpartikel gewährleistet wird. Grundsätzlich sind solche Straßenmarkierungen geeignet, in die Glasperlen eingearbeitet werden können. Bevorzugt handelt es sich bei den verwendbaren Straßenmarkierungen um Strukturmarkierungen, insbesondere um Kaltplastiken, Klebebänder oder
Wasserfarben. Letztere insbesondere in der Ausführung als Strukturmarkierung.
Wenn es sich bei der Straßenmarkierung um ein vorgefertigtes Klebeband handelt, können die Metallpartikel analog zu den Glasperlen während der Herstellung des Klebebandes zugesetzt werden. So ist in der WO 99/04099 eine Methode
beschrieben, bei der das Klebeband mit einer Haftvermittlerschicht oder mit der Schmelze eines Thermoplasten beschichtet wird und anschließend im gleichen Arbeitsgang Glasperlen auf diese noch haftende Schicht aufgestreut werden. Der Thermoplast kann dabei auch in Strukturen oder lokalen Erhebungen aufgetragen werden, so dass so eine lokale Häufung der Perlen oder ein Muster derselben erreicht wird. Dieses Verfahren ist auch einfach auf Metallpartikel analog
übertragbar. Alternativ kann auch eine Klebeschicht auf der Oberseite des Klebebands aufgebracht werden, auf die die Metallpartikel - optional zusammen mit den
Glasperlen - aufgestreut werden und anschließend ausgehärtet und/oder mit einer weiteren Lack- oder Folienschicht versiegelt werden. Weiterhin ist es auch möglich die Metallpartikel bei der Herstellung einer mehrschichtigen Folie bei einer
Coextrusion oder Lamination zwischen die beiden Schichten zu streuen. Weiterhin ist es insbesondere bei sehr kleinen Metallpartikeln möglich, die Metallpartikel bei der Klebebandherstellung direkt mit zu extrudieren. Eine genauso gut zu verwendende Alternative zu Klebebändern stellen
Strukturmarkierungen, die direkt auf die Fahrbahnoberfläche appliziert werden, dar. Hierbei gibt es zwei bedeutende Varianten. Zum einen kann es sich bei der
Straßenmarkierung um eine Wasserfarbe handeln. Alternativ kann es sich um eine Kaltplastik handeln. Letztere wird durch Auftragen und Aushärten eines zumeist gefüllten Reaktionsharzes erhalten. Theoretisch sind auch lösungsmittelbasierte Systeme denkbar. Diese sind jedoch im Bereich der Strukturmarkierungen eher unbedeutend.
Unabhängig davon, um welche Strukturmarkierungstechnologie es sich handelt, können die Metallpartikel auf jeweils ähnliche Art und Weise in die Markierung eingearbeitet werden. Bei beiden Systemen handelt es sich in der Regel um 2K- Systeme, deren Komponenten kurz vor der Applikation miteinander vermischt werden. Dabei können auch die Metallpartikel im gleichen Verfahrensschritt eingerührt werden. Alternativ können die Metallpartikel auch in einer der
Komponenten vorher enthalten sein. Mit diesem Vorgehen erhält man
Straßenmarkierungen, bei denen die Metallpartikel überwiegend in der Matrix eingeschlossen sind.
Es ist jedoch auch möglich beim oder direkt nach der Applikation des wässrigen Lacks oder der Kaltplastik, die Metallpartikel aufzustreuen. Dabei erhält man eine Straßenmarkierung, die die Metallpartikel überwiegend auf der Oberfläche
aufweisen. Im Falle, dass auch Glasperlen appliziert werden, kann dies in einem Arbeitsgang in Form einer Mischung oder direkt hintereinander erfolgen. Entsprechende Applikationstechnologien sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik für die Applikation von Glasperlen bekannt.
Wie bereits ausgeführt, kann die Straßenmarkierung auf der Oberfläche zusätzlich Glasperlen aufweisen. Dies ist unabhängig davon, ob die Metallpartikel in der Matrix enthalten sind oder sich gleichfalls auf der Oberfläche befinden. Wenn die
Metallpartikel auf der Oberfläche sind, tragen sie zusätzlich zur Lichtreflexion bei. Wenn die Metallpartikel in der Matrix enthalten sind, hat dies den Vorteil, dass sie langsamer im Straßenverkehr abgefahren werden und damit etwas langlebiger sind. Die oben aufgeführte Ausführungsform von transparent mit Glas, PMMA oder
Polycarbonat beschichteten Metallpartikeln wird sehr bevorzugt auf der Oberfläche appliziert.
Glasperlen werden vorzugsweise in Formulierungen für Fahrbahnmarkierungen und Flächenmarkierungen als Reflexionsmittel eingesetzt. Die eingesetzten
handelsüblichen Glasperlen haben Durchmesser von 10 μιτι bis 2000 μιτι, bevorzugt 50 μιτι bis 800 μιτι. Die Glasperlen können zur besseren Verarbeitung und Haftung mit einem Haftvermittler versehen werden. Bevorzugt können die Glasperlen silanisiert werden.
Im Weiteren werden beispielhaft die Zusammensetzungen von geeigneten
Kaltplastiken aufgezeigt. Dies soll nur eine mögliche Ausführungsform näher beschreiben, ohne dass dadurch eine Einschränkung der vorliegenden Erfindung auf solche Systeme erfolgt. Wie bereits ausgeführt, ist eine Ausrüstung der
Straßenmarkierungen auf Basis von z.B. Klebebändern oder wässrigen Systemen mit Metallpartikeln in Analogie zu der Ausrüstung mit Glasperlen für den Fachmann einfach zu realisieren.
Eine solche Kaltplastik wird gewöhnlich aus einem 2K-Reaktionsharz hergestellt. Dabei enthält eine Komponente 1 ,0 bis 5,0 Gew% eines Initiators, bevorzugt ein Peroxid oder einen Azoinitiator, besonders bevorzugt Dilauroylperoxid und/oder Dibenzoylperoxid. Die andere Komponente enthält 0,5 bis 5,0 Gew% eines Beschleunigers, bevorzugt eines tertiären, aromatisch substituierten Amins. Dabei kann eine der beiden Komponenten durchaus nur aus der/den genannten
Verbindungen bestehen. Es ist auch möglich, dass beide Komponenten ansonsten identisch zusammengesetzt sind, oder nur eine der beiden Komponenten die Füllstoffe bzw. die Pigmente enthält.
Bevorzugt weisen die beiden Komponenten des Reaktionsharzes und damit der daraus gebildeten Kaltplastik in Summe folgende weitere Inhaltsstoffe auf:
0,1 Gew% bis 18 Gew% Vernetzer, bevorzugt di-, tri- oder multifunktionelle (Meth)acrylate,
2 Gew% bis 50 Gew% Monomere, bevorzugt (Meth)acrylate und/oder Styrol,
0 Gew% bis 12 Gew% Urethan(meth)acrylate,
0,5 Gew% bis 30 Gew% Präpolymere, bevorzugt Polymethacrylate und/oder Polyester,
0 Gew% bis 15 Gew% Kern-Schale Partikel, bevorzugt auf
Poly(meth)acrylatbasis,
7 Gew% bis 15 Gew% eines anorganischen Pigments, bevorzugt
Titandioxid,
30 Gew% bis 60 Gew% mineralische Füllstoffe und
gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe.
Die Formulierung Poly(meth)acrylate umfasst sowohl Polymethacrylate als auch Polyacrylate sowie Copolymere oder Mischungen aus beiden. Die Formulierung (Meth)acrylate umfasst entsprechend Methacrylate, Acrylate oder Mischungen aus beiden.
Die Zusammensetzung besonders geeigneter Kaltplastiken bzw. der diesen Kaltplastiken zugrunde gelegten Reaktionsharze können insbesondere in der WO 2012/100879 nachgelesen werden. Dort finden sich auch Angaben zu den weiteren Hilfsstoffen. Jedoch sind die in der WO 2012/100879 aufgeführten Kern-Schale Partikel kein essentielles Merkmal zur Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Stattdessen kann insbesondere der Anteil der Präpolymere höher sein.
Die mit dieser Kaltplastik hergestellten Fahrbahnmarkierungen zeigen eine besonders gute Uberrollbarkeit. Unter dem Begriff Uberrollbarkeit bzw. dem synonym verwendeten Begriff Wiederbefahrbarkeit wird eine Belastung der
Fahrbahnmarkierung, z.B. in Form des Überrollens durch Fahrzeuge, verstanden. Die Zeitspanne bis zur Erreichung einer Uberrollbarkeit ist die Zeitspanne zwischen dem Auftragen der Fahrbahnmarkierung bis zu dem Zeitpunkt, an dem keine
Veränderungen in Form eines Abriebs, eines Haftungsverlusts zur
Fahrbahnoberfläche bzw. zu den eingebetteten Metallpartikeln und optionalen Glaskugeln oder einer Verformung der Markierung mehr festgestellt werden kann. Die Messung der Form- und Haftungsstabilität erfolgt gemäß DIN EN 1542 99 in Einklang mit DAfStb-RiLi 01 .
Bezüglich der Applikationstechnologie sind die erfindungsgemäßen Systeme flexibel einsetzbar. Die erfindungsgemäßen Reaktionsharze, bzw. Kaltplastiken können z.B. sowohl im Spritz-, im Gieß- als auch im Extrusionsverfahren bzw. manuell mittels einer Kelle, einer Rolle oder einem Rakel aufgetragen werden.
Insbesondere ist ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen
Straßenmarkierung Teil der vorliegenden Erfindung, das sich durch folgende
Merkmale kennzeichnet: Zuerst werden, sofern nötig, die Komponenten des 2K- Systems gemischt. Diese Mischung wird auf der Straßenoberfläche aufgetragen und während oder direkt nach der Auftragung der Kaltplastik auf der Fahrbahnoberfläche werden die Metallpartikel und optional Glasperlen zugegeben. Dies erfolgt bevorzugt durch ein Aufstreuen, besonders bevorzugt in beschleunigter Form.
Beim Mischen der Komponenten ist darauf zu achten, dass nach dem Mischen der Härterkomponenten, d.h. der Initiatoren und der Beschleuniger, eine nur limitierte offene Zeit, z.B. von 2 bis 40 min, zum Applizieren verbleibt. Ein Mischen während des Verarbeitens ist zum Beispiel in modernen Markierungsmaschinen, die über eine der Auftragsdüse vorgeschaltete
Mischkammer verfügen, möglich.
Ein Einmischen des Härters nach dem Auftragen kann z.B. durch ein nachfolgendes Auftragen mit zwei oder mehr Düsen erfolgen oder durch auftragen von
Metallpartikeln und/oder Glaskugeln, welche mit Härter beschichtet sind. Alternativ kann eine Grundierung - enthaltend die Härterkomponente - vorgesprüht werden bevor die Kaltplastik oder Kaltspritzplastik aufgetragen wird. Die Modernen
Markierungsmaschinen verfügen in der Regel über eine oder zwei weitere Düse(n) mit der/denen dann die Metallpartikel und optional die Glasperlen aufgesprüht werden.
Bevorzugt werden die erfindungsgemäßen Reaktionsharze bzw. die daraus hergestellten Kaltplastiken zur Herstellung von langlebigen Fahrbahnmarkierungen verwendet. Gleichsam können die Systeme, insbesondere in Form eines
Klebebandes für zeitlich begrenzt zu verwendende Markierungen, z.B. in einem Baustellenbereich, eingesetzt werden. Zusätzlich ist die Verwendung zur
Beschichtung von Fahrradwegen denkbar. In einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die erfindungsgemäßen Straßenmarkierungen dergestalt appliziert, dass nur Bereiche der Straßenmarkierung mit den Metallpartikeln versehen werden. Damit ist es insbesondere möglich, dass durch die Ausstattung von Bereichen der
Fahrbahnmarkierung, die Straßenmarkierungen als solche mit auslesbaren
Informationen versehen werden. So können beispielsweise Informationen in Form einer Art Strichcode auf der Straßenoberfläche hinterlegt werden. Diese werden von dem mit einem entsprechenden Sensor ausgestatteten Fahrzeug ausgelesen. Auf diese Weise kann zum Beispiel auf Gefahrenstellen oder
Geschwindigkeitsbeschränkungen hingewiesen werden. Auch ist es möglich auf dieser Basis, ein Verkehrsleitsystem zu unterstützen. Die im Folgenden gegebenen Beispiele werden zur besseren Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung gegeben, sind jedoch nicht dazu geeignet, die Erfindung auf die hierin offenbarten Merkmale zu beschränken.
Beispiele
Folgende Beispiele sind als Anleitung zur Ausführung der vorliegenden Erfindung gedacht. Sämtliche Beispiele zeigen dabei die gleichen guten Eigenschaften als Straßenmarkierung wie die zugrunde liegenden Rezepturen ohne Metallpartikel. Zusätzlich zeigen die Formulierungen der Beispiele eine gute Reflexion von
Mikrowellenstrahlung mit einer Frequenz zwischen 20 und 130 GHz. Zur Herstellung der Beispiele wurden Aluminiumpartikel der Firma Eisenwerk Würth GmbH mit den Bezeichnungen GRANAL S-80 und GRANAL S-100 verwendet. Solche Aluminiumpartikel werden zur Verwendung als Strahlmittel vertrieben. Die Form der Partikel ist jeweils rundlich mit einer ungleichmäßigen Oberfläche.
Die Partikel haben die folgenden Größen:
GRANAL S-80: Durchmesser zwischen 0,80 und 1 ,20 mm
GRANAL S-100: Durchmesser zwischen 1 ,00 und 1 ,80 mm
Als Glasperlen werden an der Oberfläche silanisierte Glasperlen des Typs Vialux 20 der Firma Sovitec verwendet. Diese Glasperlen haben Durchmesser in einem Bereich zwischen 600 und 1400 μιτι.
Das Auftragen der Metallpartikel und der Glasperlen (soweit vorhanden) auf der Oberfläche der Kaltplastik erfolgt mittels Druckpistole. Alternativ wäre ein einfaches Aufstreuen jedoch auch möglich. Letzteres würde zu einer verminderten, dennoch ausreichenden Haftung führen.
Die Rezeptur der verwendeten Kaltplastik basiert auf der in WO 2012/100879 als Beispiel 2 offenbarten Zusammensetzung. Dort kann insbesondere die
Zusammensetzung der Kern-Schale-Partikel nachgelesen werden. Beispiel 1 :
Zu 63 Teilen Methylnnethacrylat und 5 Teilen Butyldiglycoldinnethacrylat werden 0,05 Teile Topanol-O, 13 Teile DEGACRYL® M 339, 9 Teile Kern-Schale-Schale Partikel und 0,5 Teile Paraffin innig vermengt und unter starkem Rühren auf 63°C erhitzt bis alle Polymerbestandteile gelöst bzw. dispergiert sind. Zur Härtung werden 1 Teil Benzoylperoxid (50 Gew%ige Formulierung in Dioctylphthalat) und 2 Teile N,N- Diisopropoxytoluidin zugegeben und für eine Minute bei Raumtemperatur (21 °C) eingerührt.
Zum Aushärten wurde die Masse auf ein Metallblech gegossen. Innerhalb von einer Minute nach dem Ausgießen wird die Oberfläche mit GRANAL S-100 Partikeln bestreut. Dabei wird eine Menge verwendet, die 500 g Partikel / im2 entspricht. Nach dem erfolgten Aushärten erfolgt die Herstellung von Probenkörpern nach DIN 50125. Topfzeit: 14 min; Härtezeit: 30 min; Auslaufzeit (4 mm): 252 sec
Beispiel 2:
Das Funktionsprinzip eines Radarsensors besteht darin eine Mikrowelle
auszusenden, welche an Objekten reflektiert wird. Diese zurücklaufende Radarwelle wird im Sensor anschließend detektiert. Über die Zeitdifferenz zwischen Aussenden und Empfangen des Signals wird die Distanz zum Objekt bestimmt.
Üblicherweise wird die Radarreflektivität von Objekten mit dem
Radarrückstreuquerschnitt (engl. Radar-Cross-Section RCS) quantifiziert. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn es sich um ein punktförmiges Objekt handelt.
Punktförmige Objekte reflektieren die hinlaufende Radarwelle, sodass beim
Empfänger ein einziges Echo messbar ist. Hat das Objekt jedoch eine in
Ausbreitungsrichtung längliche Reflexionsoberfläche, ist das zurücklaufende Echo der Radarwellen am Empfänger zeitlich ausgedehnt. Genau dieses Phänomen liegt im Falle der Fahrbahnmarkierung vor. Daher ist es nicht mehr möglich in sinnvoller Weise ein RCS (σ) der Fahrbahnmarkierung zu bestimmen. Stattdessen wird ein RCS pro Längeneinheit der Fahrbahnmarkierung bestimmt (Δσ/ΔΙ). Hierbei ist σ das RCS und I die Länge der Fahrbahnmarkierung in Ausbreitungsrichtung der hinlaufenden Radarwelle. Es wird nun eine Messung zur Bestimmung der quantitativen Radarreflektivität der Fahrbahnmarkierung Δσ/ΔΙ durchgeführt. Dazu wird ein Muster der
Fahrbahnmarkierung wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellt. Als Untergrund wird statt einem Metallblech eine P L EX I G LAS®- P I a tte mit der Breite 0,20 m und der Länge 2 m verwendet. Die darauf applizierte Markierung hat die Breite w und ebenfalls die Länge 2 m.
Diese Test-Markierung wird auf ebenem Grund und in einem EM-Wellen
absorbierenden Umfeld installiert. Ein Radarsensor, der im Frequenzband 76 bis 77 GHz arbeitet, wird in einer horizontalen Distanz lmin von der Markierung entfernt installiert. Der Radarsensor ist so ausgerichtet, dass die Haupt-Radarkeule mit der Längsrichtung der Fahrbahnmarkierung eine Linie bildet. Der Radarsensor hat eine Höhe von hsensor über der Ebene, in welcher sich die Fahrbahnmarkierung befindet.
Für diesen Versuchsaufbau lässt sich die zu messende Zielgröße theoretisch berechnen:
Δσ , h
w - μ · α sensor
Vh s2ensor
Hierbei ist μ der Verstärkungsfaktor der Reflexion an den Aluminium-Partikel, der durch die Mie-Streuung im Vergleich zur optischen Reflexion hervorgerufen wird. Mit dem Abschwächungsfaktor d wird berücksichtigt, dass die Oberfläche der
Markierung nicht gänzlich mit Aluminium-Partikel besetzt ist. Sind lediglich 10% der Markierungsoberfläche mit Aluminium-Partikeln besetzt, gilt d = 0,1 . Der
Abschwächungsfaktor d kann für kugelförmige Partikel theoretisch berechnet werden:
, 3 - m / A
a =
4 · p - r
25 m/A ist die Masse der Partikel pro Fläche, die auf der Markierung verteilt wird. In Beispiel 1 sind dies 500 g/m2. p ist die Dichte der Partikel. Für die verwendeten Aluminium-Partikel gilt p = 2700 kg/m3, r ist der Radius der kugelförmigen Partikel. Für GRANAL S-100 wird ein mittlerer Radius von r = 0,7 mm angenommen. Mit diesen Parametern erhält man einen theoretischen Abschwächungsfaktor d = 0,198 = 20%.
Für das theoretische Δσ/ΔΙ ergibt sich mit den Parametern
I = 2 m hsensor— 0,5 ΓΓΙ w = 0,15 m μ = 3 (als Mittelwert, da die Kugelgrößen nicht nur mit dem Maximum der Mie- Streuung bei μ = 3,75 korrespondieren) ein RCS pro Längenelement von
Figure imgf000022_0001
Im praktischen Versuch wurde ein Δσ/ΔΙ = 0,0314 m gemessen. Der größere praktische Wert lässt sich damit erklären, dass die Radarkeule nicht senkrecht zur Markierungsebene steht. Durch den schrägen Blickwinkel des Radarsensors auf die Markierung ist das theoretisch berechnete d deutlich größer und damit auch das Δσ/ΔΙ.
Beispiel 3:
Die Markierung wird wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Messung wird wie in Beispiel 2 durchgeführt, nur dass statt eines Radarsensors mit 76/77 GHz ein Radarsensor mit dem Frequenzband von 77 bis 81 GHz verwendet wird. Als Messergebnis erhält man Δσ/ΔΙ = 0,0338 m. Die relativ kleine Änderung der Frequenz hat auch eine relativ kleine Änderung der Radarreflektivität zur Folge. Beispiel 4:
Wie Beispiel 1 , nur dass statt GRANAL S-100 Partikeln das Material GRANAL S-80 verwendet wird. Zur Messung der Radarreflektivität Δσ/ΔΙ wird wie in Beispiel 2 vorgegangen. Das Ergebnis der Messung ist Ao/AI = 0,0156 m. Die deutlich geringere Radarreflektivität lässt sich damit erklären, dass der Partikeldurchmesser nicht mehr dem Optimum von d = 1 ,25 mm entspricht.
Beispiel 5:
Wie Beispiel 1 , nur dass statt GRANAL S-100 als Material zylinderförmige Partikel aus Aluminium verwendet werden. Die Länge der Zylinder liegt zwischen 1 ,7 und 2,2 mm. Die Dicke der Partikel liegt bei 0,2 mm. Es werden 100 g Partikel pro m2 auf die Markierung gestreut. Die Messung wird wie in Beispiel 2 durchgeführt. Das Ergebnis der Messung ist Δσ/ΔΙ = 0,0121 m.
Beispiel 6:
Wie Beispiel 1 , nur dass zusätzlich und aus einer vorgefertigten Mischung mit den GRANAL S-100 Partikeln Glasperlen in einer Menge, die 280 g / m2 entspricht aufgestreut werden.
Beispiel 7:
Wie Beispiel 3, nur dass die GRANAL S-100 Partikel zusammen mit den Kern- Schale-Partikeln in die Zusammensetzung eingerührt werden und nach dem
Ausgießen nur mit Glasperlen bestreut wird.
Vergleichsbeispiel
Wie Beispiel 6, jedoch ohne Aluminiumpartikel.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1 . Strahlenreflektierende Straßenmarkierung, dadurch gekennzeichnet, dass die Straßenmarkierung kugelförmige Metallpartikel mit einem Durchmesser d zwischen χ*0,7*λ / π und x*1 ,3*λ / π und/oder zylinderförmige Metallpartikel mit einem Längen-Breiten-Verhältnis zwischen 2 und 100 und einer Länge I zwischen y*A /1 ,8 und y*A /3 aufweist, wobei es sich bei λ um die
Wellenlänge der zu reflektierenden Strahlung, bei x um eine Ganze Zahl zwischen 1 und 6 und bei y um eine Ganze Zahl zwischen 1 und 20 handelt.
2. Straßenmarkierung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Metallpartikeln um Partikel handelt, die ganz oder teilweise aus Aluminium, Eisen, Magnesium, Zink oder einer Legierung, die überwiegend Aluminium, Eisen, Magnesium oder Zink enthält, bestehen.
3. Straßenmarkierung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallpartikel ganz aus dem Metall bestehen, die Oberfläche mit dem Metall beschichtet ist oder es sich um ein mit Glas, PMMA oder
Polycarbonat beschichtetes Metall handelt.
4. Straßenmarkierung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderförmigen Metallpartikel ein
Längen-Breiten-Verhältnis zwischen 5 und 20 aufweisen und es sich bei y um eine Ganze Zahl zwischen 1 und 4 handelt
5. Straßenmarkierung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass das Matrixmaterial der Straßenmarkierung einen Haftvermittler enthält und/oder die Metallpartikel auf der Oberfläche mit einem Haftvermittler versehen sind, und dass es sich bei dem Haftvermittler um mindestens einen Haftvermittler, ausgewählt aus der Gruppe Silane, Hydroxyester, Aminoester, Urethane, Isocyanate und/oder mit
(Meth)acrylaten copolymerisierbare Säuren handelt.
. Straßenmarkierung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Straßenmarkierung um ein vorgefertigtes Klebeband oder um eine Wasserfarbe handelt.
. Straßenmarkierung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Straßenmarkierung um eine Kaltplastik handelt.
. Straßenmarkierung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Straßenmarkierung auf der Oberfläche zusätzlich Glasperlen aufweist.
. Straßenmarkierung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Metallpartikel auf der Oberfläche der Straßenmarkierung befinden.
0. Straßenmarkierung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kaltplastik aus einem 2K-Reaktionsharz hergestellt wurde, wobei eine Komponente 1 ,0 bis 5,0 Gew% eines Initiators, bevorzugt Dilauroylperoxid und/oder Dibenzoylperoxid, und die andere Komponente 0,5 bis 5,0 Gew% eines Beschleunigers, bevorzugt eines tertiären, aromatisch substituierten Amins enthält, und dass das Reaktionsharz in Summe folgende weitere Inhaltsstoffe aufweist:
0,1 Gew% bis 18 Gew% Vernetzer,
2 Gew% bis 50 Gew% Monomere,
0 Gew% bis 12 Gew% Urethan(meth)acrylate,
0,5 Gew% bis 30 Gew% Präpolymere,
0 Gew% bis 15 Gew% Kern-Schale Partikel, 7 Gew% bis 15 Gew% eines anorganischen Pigments, bevorzugt Titandioxid,
30 Gew% bis 60 Gew% mineralische Füllstoffe und
gegebenenfalls weitere Hilfsstoffe.
1 1 . Straßenmarkierung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz der zu reflektierenden elektromagnetischen Strahlung zwischen 20 und 130 GHz liegt.
12 Straßenmarkierung gemäß Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz zwischen 76 und 81 GHz liegt.
13. Straßenmarkierung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nur Bereiche der Straßenmarkierung mit den Metallpartikeln versehen werden.
14. Straßenmarkierung gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ausstattung von Bereichen der Fahrbahnmarkierung, diese mit auslesbaren Informationen versehen wird.
15. Verfahren zur Herstellung einer Straßenmarkierung gemäß Anspruch 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass, sofern nötig, 2K-Systeme gemischt werden, die Mischung auf der Straßenoberfläche aufgetragen wird und während oder direkt nach der Auftragung der Kaltplastik auf der
Fahrbahnoberfläche die Metallpartikel und optional Glaskugeln zugegeben werden.
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