DE2831136A1

DE2831136A1 - Niedrig profiliertes rueckstrahlendes bogenmaterial

Info

Publication number: DE2831136A1
Application number: DE19782831136
Authority: DE
Inventors: Richard L Crone; Robert L Elton
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1977-07-14
Filing date: 1978-07-13
Publication date: 1979-01-25
Also published as: DE2831136C2; AU519198B2; FR2410091B1; GB2001451A; BR7804535A; AR218674A1; FR2410091A1; AU3799878A; IT1105629B; JPS5947763B2; GB2001451B; NL7807451A; CA1090127A; IT7850295A0; US4145112A; JPS5419525A

Description

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Minnesota Mining and Manufacturing Company, St. Paul, Minnesota 55101, V. St. A.

Niedrig profiliertes rückstrahlendes Bogenmaterial

Seit einiger Zeit hat man wesentliche "Versuche unternommen, Fahrbahnmarkierungen zu verbessern, mit denen man den Verkehr auf Straßen führen will. Einige der wichtigsten und anspruchvollsten Ziele dieser Bemühungen sind:

(1) Eine bessere Sichtbarkeit der Markierungen bei Nacht im allgemeinen durch ein verbessertes Bückwerfverhalten für Lichtstrahlen aus den Scheinwerfer sich nähernden Fahrzeuge. Die am weitesten verbreiteten rückstrahl·enden Fahrbahnmarkierungen sind aufgestrichene Linien, in die Glasmikrokügelchen teilweise eingebettet sind. Die Rückstrahlstärke dieser Markie-

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rungen ist verhältnismäßig gering, daß sich unter den Mikrokügelchen keine spiegelnd reflektierende Fläche befindet, die Mikrokügelchen durch den Verkehr verschlissen und aus dem Fahrbahnbelag herausgerissen werden und weil schließlich rückstrahlende Markierungen mit der geringsten Lichtstärke diejenigen Lichtstrahlen reflektieren, die auf sie mit hohem Einfallswinkel einfallen (der Einfallswinkel ist dabei der Winkel zwischen den Lichtstrahlen und einer zur Ebene der rückstrahlenden Markierung senkrechten Linie; Licht von einem Fahrzeug in 10 bis 200 m Abstand von einer rückstrahlenden Beschichtung auf einer Fahrbahn trifft auf die Fahrbahnebene unter Einfallswinkeln von 86 bis mehr als 89° auf).

(2) Die Markierungen müssen auch bei Niederschlägen sichtbar bleiben. Selbst eine dünne Wasserschicht auf der Oberfläche von G-lasmikrokügelchen, die aus einer aufgestrichenen Linie vorstehen, verhindert, daß diese einfallendes Licht rückstrahlen; eine einwandfreie Fahrspurbegrenzung ist jedoch am nötigsten bei Niederschlägen, wenn die Sichtweite reduziert ist und die normalen Orientierungspunkte verdeckt sind oder weniger ausgeprägt erscheinen.

(3) Wahrheitsgetreuere und intensivere Farben der rückstrahlenden Markierungen bei der Betrachtung des rückgestrahlten Lichts bei Nacht. In einer mit Glasperlen versetzten aufgestrichenen Markierungslinie entsteht der Farbeindruck des rückgestrahlten Lichts durch diffuse Reflexion vom pigmentier-

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ten Bindemittel der Anstrichfarbe unter den Glasperlen} diese diffuse Rückstrahlung ergibt flache Farben.

(4) Widerstand gegen einen Verschleiß der Fahrbahnmarkierungen durch den Verkehr.

(5) Nutzbarkeit auf Fahrbahnen, von denen Schnee mit Schneepflügen entfernt werden muß.

Ein Versuch, mindestens einige dieser Forderungen zu erfüllen, hat zu dem handelsüblichen, aus der Fahrbahn aufwärts vorstehenden Markierelement ("Nagel") geführt, das in vorherrschend schneefreien Gegenden eingesetzt wird. Diese Elemente bestehen üblicherweise aus ziemlich starren Blöcken von 10 bis 30 mm Höhe mit in der Seitenansicht trapezförmigem bis glatt gerundetem Profil, die an der Vorderseite ein nach oben vorstehendes rückstrahl·endes Plättchen tragen. Diese Markierelemente sind zwar auch bei Niederschlägen nützlich; ihre Verwendung in Gegenden, wo oft Schneepflüge eingesetzt werden müssen, ist jedoch erheblich eingeschränkt, obgleich man mit einigen Aufwand versucht hat, die Markierelemente in Schutzgehäusen aus Metall unterzubringen. Andere Einschränkungen ihrer Brauchbarkeit liegen in den Kosten der Herstellung und Anbringung. Löst sich außerdem ein starres Markierelement dieser Art von der Fahrbahn (bspw. wenn es von einem Schneepflug losgeschlagen wird), stellt es eine Gefahrenquelle dar, da es in die Bahn eines sich nähernden Fahrzeugs geschleudert werden

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Bei einem noch, umf angreicheren Versuch aus dem Stand der Technik hat man mehrteilige Fahrbahnmarkierungen mehrere Zentimeter tief teilweise in eine Fahrbahn eingelassen. Dabei läßt ein oberer Teil, der für den Verkehr sichtbar ist und einen Rückstrahl er trägt, sich vom Verkehr in eine Vertiefung in unteren Teil hineindrücken, die in die Fahrbahn eingelassen ist. Diese Lösung ist für eine weitverbreitete Verwendung zu teuer und muß sich noch für den allgemeinen Einsatz in Gegenden bewähren, in denen die klimatischen Bedingungen oft und erheblich wechsin.

Ia einem vom US-Verkehrsministerium geförderten Vorhaben (vergl. "Report Ήο. FHWA-RD-73-78, Batelle Columbus Laboratories, Government Accession HO. PB-224, 934-") wurde versucht, eine Reihe dünner Kunststoff-Formplättchen in eine Fahrbahn so einzubetten, daß ihre Oberflächen etwa bündig mit der Fahrbahnoberfläche abschließen. Diese Plättchen wiesen eine flache obere Fläche und auf ihrer Unterseite eine Anordnung von Wurfelecken-Rückstrahlern auf, die in Richtung des auf der Fahrbahn sich nähernden Verkehrs geneigt waren. Soweit der Anmelderin bekannt ist, sind diese Markierungen nie im Handel erschienen. Einige Probleme dieser Markierungen sind, daß selbst bei schräg angeordneten Würfeleckenelementen die Markierungen nur Licht reflektieren, das mit verhältnismäßig kleinen Einfallswinkel, d.h. aus einer Entfernung von nur 10 bis 15 m vom Markierelement, auf sie fällt. Das einfallende Licht wird dabei von der

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flachen Oberseite der Plättchen weggespiegelt und der Verschleiß der flachen Oberseite der Markierelemente reduziert auch die Seflektionseigenschaften mindestens für den Trockenzustand sehr schnell.

Weiterhin hat man -versucht, eine Vielzahl vorgeformter Bänder und Streifen einzusetzen. Einige dieser Bänder sind dauerhafter als auf gestrichene Farblinien; es mangelt ihnen jedoch an einer ausreichenden Naßreflexion. Andere sollen eine Naßreflexion bieten - indem sie bspw. auf der Oberseite in Abständen Streifen tragen, die mit Glasperlen gefüllt oder abgedeckt sind (vergl. die TJS-PSn 3.418.896, 3.587.415, 3-836. 275); man kann auch das Band mit transparenten flachen Keilen versehen, die rückstrahlendes Blattmaterial enthalten (vergl. die US-PS 3.920.346). Die Herstellung solcher Strukturen ist jedoch kompliziert und keine von ihnen hat bisher gezeigt, daß man sie auch über längere Zeiträume so einsetzen kann, daß die oben aufgestellten Forderungen erfüllt sind.

Eine Anzahl weiterer Fahrbahnmarkierungen weist Mittel auf, die unter großen Winkeln einfallende Lichtstrahlen zu rückstrahlenden Strukturen umlenken. Ein solches Produkt, wie es die US-PS 3.924.958 lehrt, ist ein mehrteiliges Markierelement mit einem Gehäuse, das in eine Fahrbahn eingesetzt werden kann, und einer eindrückbaren Kappe, die am Gehäuse befestigt ist. Das Gehäuse enthält ein rückstrahlendes Blatt und eine Lichtumlenkeinrichtung in der Kappe lenkt die von einem sich nähern-

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den !Fahrzeug einfallenden Lichtstrahlen auf das rückstrahlende Blatt. Die das Licht lenkende Einrichtung weist einen transparenten Block mit einer oder mehreren Flächen auf, die dem sich nähernden Verkehr zugewandt sind. Auf der Eückseite der Flächen ist ein oder sind mehrere Prismen angeordnet, die das durch die Flächen einfallende Licht nach unten auf das rückstrahlende Blatt ablenken.

Eine ähnliche Struktur, wie sie die FS-PS 2.328.407 lehrt,
enthält eine größere Glasscheibe, die teilweise in die Fahrbahn eingebettet ist, aber ein Drexeckprisma über der Fahrbahnoberfläche trägt. Eine Seite des Prismas ist dem sich
nähernden Verkehr zugewandt und das Prisma soll Licht vom Verkehr zu einem Reflektor lenken, der unter dem Prisma angeordnet ist.

Andere Fahrbahnmarkierelemente nach dem Stand der Technik lenken Lichtstrahlen durch Beugung, nicht interne Reflexion um. Bspw. gibt es mehrere Fahrbahnmarkierelemente, in denen eine Platte mit rückstrahlenden Würfeleckenelementen an der schrägen Vorderfläche des Markierelements von einer Schicht aus transparentem Harz abgedeckt ist. Lichtstrahlen, die in die Harzschicht eintreten, v/erden auf die rückstrahlenden Elemente gebeugt - vergl. die US-PSn 3.332.527, 3.836.226, 3-954-· 324, 3.980.393 und die JA-AS 46-40668.

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Eine weitere Variation, wie sie die US-PS 2.991.698 lehrt, ist ein Fahrbahn-Marki er element aus einem Glasdiode, der in eine Fahrbahn eingebettet werden soll und eine konvexe Oberseite und eine Gruppe reflektierender Flächen aufweist, die auf der Unterseite des Blocks ausgebildet sind. Das Licht wird von der konvexen Oberseite zu den reflektierenden Flächen auf der Unterseite des Blocks umgelenkt.

Keine dieser beschriebenen starren oder mehrteiligen Anordnungen des Standes der Technik legt ein Produkt in Blattbzw. Bogenform nahe ,daß man auf einen ausgedehnten Teil der Oberfläche einer Fahrbahn aufbringen kann und das eine Vielzahl flacher lichtrichtender Vorsprünge aufweist, die hintereinander über die Länge des Bogenmaterials angeordnet sind und folglich eine größere Lichtmenge von sich nähernden Fahrzeugen aufnehmen. Wie bereits erwähnt, öffnet ein Bogenmaterial den Weg zu einer Anzahl wesentlicher Vorteile auf dem Gebiet der Fahrbahnmarkierelemente - insbesondere der Möglichkeit, ein durchgehendes und hell rückstrahlendes Blattmaterial aufzunehmen, und der Möglichkeit, solche Elemente schnell und wirtschaftlich auf eine Fahrbahnoberfläche aufzubringen. Weiterhin lassen sich mit diesen Erzeugnis kontinuierliche und gradlinig verlaufende Markierungen aufbringen, die auch in Gegenden mit Schneefall einsetzbar sind. Die massiven lichtlenkenden Produkte des Standes der Technik, die in eine Fahrbahn eingebettet oder eindrückbar sind, legen nicht ein Bogenprodukt mit diesen Vorteilen nahe.

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Das Umlenken von Lichtstrahlen auf eine rückstrahlende Fläche ist auf dem Gebiet der Bildschirme bekannt, die zur Projektion von Bildern dienen. Ein solches Produkt ist in der US-PS 3.614.199 (vergl. insbesondere die Pig. 6) offenbart und weist einen Bogen mit einer Vielzahl von brechenden Linsen auf einem ersten Blatt auf, das auf einen zweiten Bogen geklebt ist, der mit rückstrahlenden Würfeleckenelementen versehen ist. Wird Licht auf ein bildführendes Durchsichtbild gestrahlt, das man über diese Anordnung gelegt hat, strahlt der rückstrahlende Bogen dieses Licht zurück, das sich dann auf einen Bildschirm projizieren läßt.

Wie ersichtlich, ist diese Struktur nicht für den Einsatz als Fahrbahnmarkierung gedacht oder brauchbar (d.h. sie nimmt Lichtstrahlen mit großem Einfallswinkel nicht auf); daher legt sie das rückstrahlende Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung auch nicht nahe.

Die vorliegende Erfindung schafft ein neuartiges rückstrahlendes Bogenmaterial mit einem bisher unbekannten Aufbau zum Aufnehmen und Rückstrahlen von unter hohem Winkel einfallendem Licht. Dieses Material erfüllt, wie sich ergeben hat, die oben ausgeführten Bedingungen. Dieses neue Bogenmaterial hat eine rückstrahlende Grundschicht, die in der Bandebene sich erstreckt und rückstrahlende Elemente, die auf der Oberseite der Schicht innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs einfallendes Licht rückstrahlen können, sowie eine lichtumlenkende Schicht auf-

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weist, die auf der Schicht der rückstrahlenden Elemente angeordnet ist. Die lichtlenkende Schicht weist kurze transparente Vorsprünge auf, die in einer Reihe entlang einer Längsachse verlaufen. Die Vorsprünge haben vordere und hintere, aufwärts vorstehende Kantenflächen. Die vordere Kantenfläche liegt quer über der Bahn des mit großem Winkel einfallenden Lichts und läßt daher einen hohen Anteil des auf die Pläche einfallenden Lichts durch, ohne es wegzureflektieren. Die hintere KantenflächeJLiegt so, daß sie von der Vorderkantenfläche durchgelassenes Licht in eine Bahn innerhalb des vorbestimmten Winkelbereichs reflektiert, in der es von den rückstrahlenden Elementen rückgestrahlt wird, und auch von den rückstrahlenden Elementen reflektiertes Licht durch die vordere Kantenfläche reflektiertes Licht zur Quelle (bspw. ein sich näherndes Fahrzeug) rückstrahlt.

Wie diese Zusammenfassung erkennen läßt, weist das Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung eine Art vorstehender rückstrahlender Markierelemente auf. Diese Elemente sind Jedoch als flache Erhebungen verteilt, die Licht auf ein darunterliegendes rückstrahlendes Bogenmaterial reflektieren, das über die Länge des Bogenmaterials verläuft. Dieser Aufbau bietet eine Reihe wesentlicher Vorteile: Zunächst kann man das Bogen-, material als Band oder Streifen bequem auf eine Fahrbahn aufbringen. Die lichtlenkenden Vorsprünge der Reihe richten ein wesentlichen Anteil des Lichtes aus den Scheinwerfern sich nähernder Fahrzeuge gemeinsam auf die rückstrahlenden Elemente.

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Die rückstrahlende Schicht selbst ist gegen unmittelbare Einwirkung des Verkehrs geschützt. Die flachen Erhebungen bieten eine Naßreflektion, während sie einem Schneepflug nur eine geringe Angriffsfläche bieten. Weiterhin sind die Bestandteile der Struktur kontinuierliche Bogenprodukte, die kein Zuschneiden oder spezielle Fertigungsschritte - bspw. einer rückstrah-1enden Komponente - erfordern.

Diese letztere Besonderheit ist von besonderer Bedeutung, da sie darauf hinausläuft, daß das rückstrahlende Würfeleckenmaterial, das normalerweise Licht nur in einem kleinen Bereich kleiner Einfallswinkel aufnehmen und reflektieren kann, in ein Fahrbahnmarkierband als kontinuierliche Schicht aufgenommen werden kann. Die Verwendung von rückstrahlendem Würfeleckenmaterial in einem Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung ist sehr bevorzugt, da ein solches Material eine hohe Eückstrahlhelligkeit hat. Mit einer lichtumlenkenden Schicht verbundenes Wüi'feleckenmaterial bietet eine besonders hohe Rücksbrahlhelligkeib, die, soweit bekannt, höher ist als die irgendeines verfügbaren Fahrbahnmarkierungsbandes.

Die Fig. 1 ist eine Perspektivdarstellung eines Teils eines reflektierenden Bogenmaterials nach der Erfindung auf einer Fahrbahnoberfläche;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht durch das Bogenmaterial der Fig. 1 auf der Linie 2-2;

Pig. 3 A und 3 B sind Draufsichten repräsentativer Würfelecken— -Rückstrahlelemente, die für das Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung brauchbar sind;

Fig. 4- bis 6 sind Draufsichten anderer beispielhafter Bogenmaterialien nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 ist eine Kantensicht durch eine Deckfolie eines anderen beispielhaften Bogenmaterials nach der vorliegenden Erfindung;

Fig. 8 ist ein Diagramm des von verschiedenen beispielhaften Bogenmaterialien nach der vorliegenden Erfindung rückgestrahlten Lichts in Abhängigkeit vom Einfallswinkel der Lichtstrahlen;

Fig. 9 ist eine Bodenansicht des Blattmaterials der Fig. 1 und 2;

Fig. 10 und 11 sind Diagramme des Lichts, das das Bogenmaterial der Fig. 4 bzw. der Fig. 5 "bei unterschiedlichen waagerechten Einfallswinkeln reflektieren;

Ein erster Bestandteil des Bogenmaterials 10 nach der vorliegenden Erfindung der Fig. 1 und 2 ist ein konfigurierter Bogen 11. In diesem beispielhaften Fall weist der Bogen 11 eine obere Schicht 12 und eine untere Schicht 13 auf, die mit einer Kleberschicht 14 miteinander verklebt sind. Der Bogen 11 kann auch hergestellt werden, indem man die obere und die untere Fläche als Ober- und Unterseite eines einzelnen einheitlichen Bogens ausbildet (der Ausdruck "Bogenmaterial" soll hier sowohl getrennte Bögen als auch die Lagen eines'einzelnen ein-

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heitlichen Bogens bezeichnen). Der untere Bogen 13 ist auf einer Seite mit einer MonoSchicht aus rückstrahlenden Würfelecken 15 ausgestaltet. Würfeleckenelemente lassen sich in mehreren verschiedenen Mustern anordnen, von denen die Fig. 3A, 3B zwei zeigen. In dem dargestellten Bogenmaterial 10 liegt die Achse 16 der Würfeleckenelemente 15 rechtwinklig zur Ebene des Bogens 13; die Achsen der Wurfeleckenelemente lassen sich jedoch auch schräg legen.

Bogenmaterial mit Würfeleckenelementen ist bspw. in den US- -PSn 2.380.44-7, 3.684-.348 und 3-712.706 offenbart.

Die obere Schicht 12 des Bogens 11 ist mit einer Reihe querverlaufender Vorsprünge oder Rippen 18 versehen, die in Längsrichtung des Bogenmaterials beabstandet sind. Die dargestellten Vorsprünge 18 haben einen trapezförmigen Querschnitt mit einer flachen oberen Fläche 19 und. schrägen Vorder- und Rückseiten 20, 21 (in der vorliegenden Anmeldung ist die Kantenfläche, die dem zu reflektierenden Licht, d. h. dem sich nähernden Verkehr in einer Fahrspur zugewandt ist, als vordere Kantenfläche bezeichnet). Die vordere und hinteren Kantenflächen 20, 21 sind unter dem gleichen Winkel geneigt - was erwünscht ist, damit das Bogen- oder Streifenmaterial Licht rückstrahlt, das von beiden Seiten in Längsrichtung auf es fällt. Die Lichtstrahlen 23 von einem sich nähernden Fahrzeug, die das Bogenmaterial unter einem großen Einfallswinkel ( -M- ) treffen, werden durch die vordere Kantenfläche 20 hindurch

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auf genommen*

Danach werden die Lichtstrahlen 23 gebeugt und laufen zur hinteren Kantenfläche 21-. Da der Winkel, unter dem die Lichtstrahlen 23 auf die hintere Kantenfläche 21 treffen, größer ist als der kritische Winkel der Fläche (d. h. derjenige Winkel eines Lichtstrahls, der beim Verlassen der Fläche in eine Bahn umgelenkt wird, die genau in die Fläche fällt), werden die Lichtstrahlen 23 intern von der Fläche 21 reflektiert. Diese Reflexion ist spiegelnd, wobei der Reflexionswinkel (d. h. der Winkel ( θ ) zwischen dem reflektierten Lichtstrahl und einer zur Fläche 21 rechtwinkligen Linie) gleich dem Einfallswinkel (u>) des Lichtstrahls ist. Die Neigung der hinberen Kantenfläche 21 ist so gewählt, daß der größte Teil der unter großen Winkeln einfallenden Lichtstrahlen 23, die durch die vordere Kantenfläche 20 hindurchtreten, in eine Strahlenbahn reflektiert werden, die eine Rückstrahlung der Strahlen durch die Würfeleckenelemente 15 mit starker Helligkeit ergibt. Im allgemeinen strahlen Würfeleckenelemente aus herkömmlichen Kunststoff (mit einem Brechungsindex von etwa 1,50) Lichtstrahlen mit starker Helligkeit zurück, die einen Winkel von etwa 15 oder weniger zur Achse der Würfeleckenelemente einnehmen, obgleich sie Strahlen außerhalb dieses Bereichs ebenfalls rückstrahlen, wenngleich mit geringerer Helligkeit.

Nach dem Rückstrahlen durch die Wurfeleckenelemente laufen die Lichtstrahlen 23 auf im wesentlichen der gleichen BaIm zurück, auf der sie zu den Würfeleckenelemeiiten gelangten. Sie wex'den

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von der hinteren Kantenfläche 21 gespiegelt; und treten dann durch die vordere Kantenfläche 20 hindurch und zum sich nähernden Fahrzeug. Dabei wird das reflektierte Licht von der ursprünglichen Einfallsbahn zu einem gewissen Grad weggestreut, so daß ein Teil des reflektierten Lichts aus dem Scheinwerfer des sich nähernden Fahrzeugs in die Augen des Fahrers geLangt. Um die Lichtmenge zu bestimmen, die die Augen des Fahrers erreicht, mißt man rückgestrahltes Licht üblicherweise bei einem. Betrachtungswinkel, der 0,2 außerhalb der Achse liegt, aiii' der das Licht zum Reflektor läuft.

Die lichtrichtenden Vorsprünge auf dem Bogenmaterial nach .b;r vorliegenden Erfindung können zusätzlich zu den Ln Fig. I mil 2 gezeigten andere Formen annehmen. Obgleich ein;} flache ;il· ηή Flache für die Vorsprünge erwünscht ist, da sie dauerhaft _;:i· ist, Lassen sich auch andere Konfigurationen verwenden - -inschließLLch spitzer Flächen, so daß der Vorsprung wie -:in .ιίίς;;-zahn vorsteht. Die neigung der Kantenflächen läßt ülch ιιηί; ;r~ schiedlich wählen, obgleich für ein Werkstoff mit ein.im l· stimmten Brechungsindex bestimmte Winkel die betten Eiy;-ihni ..^ bringen, ίίο erlauben bestimmte Winkel, daß ein honor Ant;i I (vorzugsweise mindestens 75'w) des auf die vordere Kanten!'! -i · ehe falLemden Lichts durch diese hindurchtritt und Ln J--n vmnschensvMii'tnston ÜtrahLengang gebeugt und gaspLe^oLt ^:..^ri i i. E¹Ur trapezförmige "Vorsprünge aus einem Werkstoff mit tiiri -ü Brechungsindex von etwa 1,5 mit gleichen Winkeln zwischen t.:v vorderen und der hinteren Kantenfläche und der Bogenebüh'- i i ·-

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ORIGINAL INSPECTED

gen die Winkel vorzugsweise zwischen etwa 4-5 und 60 , am besten bei etwa 53°· Die Kantenflächen können aber auch außerhalb dieses Bereichs geneigt sind; in der Tat läßt sich auch ein Vorsprung mit senkrecht hochstehender vorderer Kantenfläche erfolgreich einsetzen.

Die Fig. 4- und 6 zeigen beispielhafte Abänderungen der Konfiguration in der Draufsicht. Die Pig. 4- ist eine Draufsicht eines Bogenmaterials 26 mit karoförmigen Vorsprüngen 27, wie sie bspw. für FahrSpurmarkierungen nützlich sind, auf die das Licht unter großen Horizontwinkeln fällt (der Horizontwinkel ist der Winkel zwischen den einfallenden Lichtstrahlen und einer Ebene, die rechtwinklig zur Längsachse des Bogenmaterials dieses entlang verläuft; in der Fig. 4- verläuft die Längsachse von oben nach unten). Die in Fig. 1 und 2gezeigten rippenartigen Vorsprünge haben einen überraschend großen Bereich des waagerechten Reflexionsvermögens - bspw. 30° oder mehr - beiderseits der in Längsrichtung verlaufenden Ebene, was für einen großen Anteil von FahrSpurmarkierungen gut ausreicht. Eine Karogestalt - insbesondere in der in Querrichtung langgestreckten Form der Fig. 4· - erbringt jedoch einen breiteren Bereich des waagerechten Reflexionsvermögens.

Die in Fig. 5 gezeigten quadratischen Vorspränge sind nützlich für Markierungen, wenn der Verkehr auf einer Fahrbahn auch in Querrichtung erfolgt - bspw. auf einer Kreuzung. Andere rechteckige Vorsprünge, bei denen die Länge entlang der Achse des

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Bogenmaterials im Verhältnis zur Länge in Querrichtung mindestens 50fr beträgt, sind ebenfalls einsetzbar. Die in I¹Ig. gezeigten gekrümmten Vorsprünge 30 haben ein erhöhtes waagerechtes Reflexionsvermögen.

Die Vorsprünge können auch gekrümmt sein, wie es bei y\ auf der oberen Schicht 32 der 5¹Ig. 7 gezeigt ist. Die transmissions- und Reflexionsflachen der Vorsprünge sind jedoch vorzugsweise eben, so daß die erx-ninschten Winkel zwischen den einfallenden Lichtstrahlen und den Kantenflächen erhalten bleiben.

Je kürzer die Vorsprünge, desto folienartiger wird das Eogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung und desto widerstandsfähiger ist es gegen Schneepflüge. Im allgemeinen haben, die Vorsprünge eine Höhe von nicht mehr als etx^a 5 mm (die Höhe der Vorsprünge ist die Höhe über dem umgebenden Bogenmaterial). Für die meisten Aiisführungsformen des flexiblen Bogenmaterials (d. h. das sich zur Lagerung zu Rollen aufwickeln läßt) haben die Vorsprünge eine Höhe von nicht mehr als etwa 3 ehu. Vorsprünge mit einer Höhe von einem Millimeter und weniger weisen eine brauchbare ITaßreflexion auf 5 derartige Vorsprünge sind für Fahrbahnmarkierungen bevorzugt.

Der Längsabstand zwischen den Vorsprüngen sollte auf ihre Höhe abgestimmt werden. Eine gex-ninschte Dichte für die Vorsprünge läßt sich mit dem Verhältnis (R) des Abstands zwischen den

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Vorsprüngen und ihrer Höhe "beschreiben. Der Abstand zwischen den Vorsprüngen ist die Entfernung zwischen der untersten Linie der vorderen und der hinteren Kantenfläche zweier nebeneinanderliegenden Vorsprüngen. Die folgende Tabelle gibt die Anzahl der Vorsprünge des in den S¹Xg. 1 und 2 gezeigten Typs an, die pro Längenmeter auf Bogenmaterial mit unterschiedlichen brauchbarem Ε-Verhältnis enthalten sind. Dabei basierte die Berechnung auf der Annahme, daß der Zusammenhang zwischen den Abmessungen, eines Vorsprungs für Vorsprünge unterschiedlicher Höhe erhalten bleibt. Das R-Verhältnis für eine Matrix von Vorsprüngen, wie die JPig. 4 sie zeigt, basiert dabei auf einer Serie von Vorsprüngen entlang einer gemeinsamen Achse, d.h. die Vorsprünge 27a, 27b, 27c, usw.

Höhe des Anzahl der Vorsprünge pro Längenmeter des Bogenmateri-Vorsprungs als für unterschiedliche Werte des R-Verhältnisses (mm) R=O, 5 K=I R = 5 R = 10 R =

0,25 1600 1330 570 333 80

0,50 800 665 285 176 39

0,75 53²I- 44-5 180 111 25

1,00 400 333 142 83 19

1,50 267 222 95 56 13

2,00 200 168 71 4-2 10

3,00 134 110 48 28 6

4,00 100 83 35 21 5

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Im allgemeinen sollten die Vorsprünge in einer Anzahl vorliegen, daß das angegebene Verhältnis nicht größer als 50:1 und vorzugsweise nicht größer als 5:1 ist. Vorzugsweise ist dieses Verhältnis mindestens gleich 0,5, obgleich, wie unten gezeigt, auch R-Verhältnisse gleich null brauchbar sind.

Die Fig. 8 ist ein Diagramm, das Leuchtstärke als Funktion des Einfallswinkels für eine Anzahl von Bogenmaterialien zeigt, wie sie in Fig. 1 und 2 gezeigt sind. Dabei wiesen die unterschiedlichen Bogenmaterialien der Gruppe unterschiedliche Längsabstände zwischen den Vorsprüngen auf. Die Vorsprünge waren 0,76 mm hoch und hatten einen Winkel der ersten und zweiten Kantenfläche von 53°· Das Reflexionsvermögen ist dabei in Candela des reflektierten Lichts pro Lux des einfallenden Lichts und Quadratmeter Fläche des Bogenmaterials angegeben. Die Kurve 1 zeigt das Reflexionsvermögen für Bogenmaterial ohne einen Abstand zwischen den Vorsprüngen (R = 0); die Kurve 2 gilt für einen Abstand von 1,78 mm, die Kurve 3 für einen Abstand von 3»56 mm und die Kurve 4- für einen Abstand von 23,6 mm.

Zum Vergleich bei der Auswertung der Kurven sei darauf verwiesen, daß typische mit Glasperlen versetzte aufgestrichene

ο Markierungslinien nicht mehr als 0,2 cd/lx.m bieten. Es sind also alle der in Fig. 8 gezeigten Abstände besser als mit Glasperlen versetzte aufgestrichene Farblinien, und dies über breite Vinkelbereiche. Die Niveauschwankungen in Fahrbahnoberflä-

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chen "bedeuten, daß Lichtstrahlen iron sich nähernden Fahrzeugen einige Teile einer gradlinig verlaufenden Fahrbahnmarkierung unter geringeren Einfallswinkeln - bspxtf. 75 oder weniger - treffen. Das Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung ist infolge des breiteren nutzbaren Winkelbereichs sehr vorteilhaft.

Für das Bogenmaterial der Kurve 1, bei dem zwischen den Vorsprüngen keinerlei Abstand vorliegt, reduzieren vermutlich Beugungseffekte die Reflexion bei hohen Einfallswinkeln«, Um eine gewünschte Verbesserung gegenüber herkömmlichen Glasperlen-Markierungen bei üblichen hohen Einfallswinkeln mit 0,75 mm hohen Vor Sprüngen (vergl. Fig. 8) zu erreichen, sollte zwischen den Rippen ein Abstand von mindestens etwa einem Millimeter (entsprechend einem R-Verhältnis von etwas mehr als 1) und vorzugsweise mindestens etwa 3 mm (R = 4-) vorliegen»

Die Kurven zeigen weiterhin, daß ein Abstand von mindestens 20 mm eine sehr helle Reflexion bei sehr hohen Einfallswinkeln ergibt, eine nützliche Eigenschaft. Große Abstände erhöhen auch den Anteil eines Vorsprungs, der vom einfallenden Licht erfaßt wird, und halten dadurch die Auswirkung des Verschleißes auf die Spitze gering. Ein enger Abstand verbessert jedoch den Schütz gegen einen Vollkontakt durch die Fahrzeugreifen, wie er bei herkömmlichen angehobenen Fahrbahnmarkierungen oft auf= tritt. Der Abstand von 0, 1, 3 und 20 mm, wie oben für 0*75 mm'hohe Vorsprünge angegeben, entspricht etwa 50/um, 70/iam,

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170/um und 890/um hohen Bändern, mit denen die vordere Kantenfläche der Rippe jeweils bei einem Lichteinfallswinkel von 88° offenliegt.

Obgleich das in Fig. 1 und 2 gezeigte Bogenmaterial 10 auf der internen Reflexion von Licht an der hinteren Kantenfläche 21 beruht, kann eine Reflexion auch durch eine Beschichtung aus spiegelnd reflektierenden Material auf der hinteren Kantenfläche verursacht werden. Derartige Beschichtungen - bspw. aus aufgedampftem Metall - werden vorzugsweise mit einer Polymerisatschicht abgedeckt, um sie gegen Witterung und den Verschleiß durch den überrollenden Verkehr zu schützen. Spiegelschichten auf der hinteren Kantenfläche sind auch dahingehend nützlich, daß das Bogenmaterial nur Licht rückstrahlt, das auf das Band aus einer bestimmten Richtung einfällt.

Das beispielhafte Bogenmaterial 10 nach der vorliegenden Erfindung, wie es die Fig. 1 und 2 zeigen, weist eine Deckschicht 34- auf, die von den Würfeleckenelementen 15 beabstandet ist und diese gegen Feuchtigkeit und andere Verschmutzung schützt, die ihre Reflexionseigenschaften beeinträchtigen würde. Rückstrahlende Würfeleckenelemente lassen sich mit einem spiegelnd reflektierenden Material beschichten, damit bspw. ein Kleber oder ein anderes Material unmittelbar auf die beschichteten Wurfeleckenflächen aufgebracht werden kann. Die Rückstrahleigenschaften sind jedoch im allgemeinen besser, wenn die Außenflächen der Würfeleckenelemente unbeschichtet sind und

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eine Luftzwischenschicht aufweisen.

Geeignete Verfahren, um eine Deckschicht auf eine Würfeleckenfläche aufzubringen, gehen aus der GB-PS 1.476.447 und den US-PSn 3.190.178 und 4.025.159 hervor, auf die hier Bezug genommen ist. Die in I¹Xg. 4 gezeigte Deckschicht 34- weist zwei Lagen auf - eine Traglage 35 und eine Lage 36 au.3 wärmeformbarem ("thermoformable") Material, die auf der Traglage angeordnet und in die ein Muster aus erhabenen Flächenbereichen 37 eingeformt ist. Legt man die Deckschicht 34- auf die Würfeleckenfläche des konfigurierten Bogens 11 und preßt die Anordnung aus den verschiedenen Schichten und Lagen zwischen zwei beheizten Platten, verformen sich die Bindestellen 37 an den Berührungsstellen mit der Würfeleckenfläche. Alternativ handelt es sich bei der Lage 36 um eine Schicht mit konstanter Dicke und ist in eine der Platten ein Muster aus erhabenen Leisten eingeformt. Preßt man die Platten aufeinander, verformt sich die Schicht 36 zu Bindestellen 37 ₅ d-ie auf der Wurfeleckenfläche aufliegen. Reichen die Wärme und der Druck aus, können sich die Würfeleckenelemente auch in den gepreßten Bereichen verformen.

Wie am Boden des beispielhaften Bogenmaterials 10 der Fig. 7 gezeigt, befindet sich dort vorzugsweise ein Netzwerk aus miteinander verbundenen schmalen Bindestellen 37» die eine Vielzahl hermetisch abgeschlossener Zellen 38 bilden. Nach dem Prägeschritt bleibt dann die Deckschicht von der Wurf elecken-

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schicht beabstandet. Ein nur sehr geringer Abstand - bspw. der einer monomolekularen Luftschicht - reicht aus, um die Grenzfläche auszubilden, an der sich die gewünschten, optischen Effekte erzielen lassen.

Wie die US-PS 4.025-159 zeigt, kann man das wärmeformbare Material der Schicht 36 vorzugsweise durch Bestrahlen zu einem verhältnismäßig schmelzsicheren und unlöslichen Zustand nach dem Wärmeformen härten. Eine Elektronenbestrahlung ist für diesen Härteschritt besonders erwünscht, da sie schnell ist, die aufgewandte Energie wirkungsvoll einzusetzen gestattet und sich leicht unter Kontrolle halten läßt.

Weiterhin lehrt die US-I'S 4.025· 159, eine Schicht Glasmikrokügelchen in die Oberfläche der wärmeformbaren Schicht ?b einzubetten, so daß sie unter den Uürfeleckenelementen liegt (vergl. auch die US-PS 3.140.340). Eine solche Schicht am; G-Lasmikrokügelcheri kann die gesamte Rückstrahlung verbessern, indem sie Licht rückstrahlt, das durch die Wurfeleckeiieleiu-mte hindurchtritt und nicht von ihnen riickgestrahlt wird. In anderen Bogenmaterialien nach der vorliegenden Erfindung li'i^eii GlasmikrokügeLehen als einzige rückstrahlende Elemente vor. Ein derartiges rückstrahlendes Bogenmaterial weist einen 'lern Deckblatt entsprechenden Bogen auf, der eine Schicht Nikrokügelchen trägt. Der konfigurierte Bogen (entsprechend dom Bogen 11 der ITig. 2) weist jedoch eine flache Unterseite ohne eingeformte Würfelecken auf.

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Das Deckblatt 34 in dem beispiellxaf ten Bogenmaterial 10 trägt eine Schicht eines Klebers 39 > mit dem das Band auf einer Fahrbahn 40 aufgeklebt werden kann. Der Kleber kann dabei ein Material sein, das zum Zeitpunkt des Aufbringens des Bandes auf die Fahrbahn normalerweise klebrig ist. Insbesondere sind druckempfindliche Kleber erwünscht. Bei dem Kleber kann es sich jedoch auch um einen wärme aktivierbaren und auch um einen härtbaren Kleber handeln. Anstatt daß das Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung einen Kleber trägt, kann man diesen auch unmittelbar auf die Fahrbahnoberfläche auftragen.

Die konfigurierten Schichten in Bogenmaterialien nach der vorliegenden Erfindung lassen sich aus einer Vielzahl von Stoffen - bspw. thermoplastischen Werkstoffen wie Acrylpolymerisaten Folien auf (Polymethylmethacrylatbasis sind derzeit bevorzugt, bspw. hinsichtlich der witterungsbeständigkeit), Polycarbonate, Polyurethane, Polyamide, Polyester und Polyvinylchloride und aus vernetzenden Stoffen wie Acrylpolymerisaten und flexibilisierten Zusammensetzungen auf Epoxyharzbasis herstellen. Die konfigurierten Bögen stellt man am besten durch Gießen oder Auspressen einer Schmelze auf eine entsprechend gestaltete Formfläche und Härten des gegossenen oder ausgepreßten Materials her, aber auch durch das Aufpressen vorgeformter flacher Folien auf Formflächen.

Die konfigurierten SoMuUiten im Bogenmaterial nach der vorliegenden Erfindung sowie ein Kleber, der dazu dient, sie mit-

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einander zu verkleben, sollten hoch transparent sein, können aber auch mit transparenten Farbstoffen oder Pigmenten gefärbt sein, damit das Bogenmaterial eine natürliche und intensive Färbung für Tages- oder rückgestrahltes Licht erhält. Die Aufnahme einer Farbe in eine der konfigurierten Schichten ist im allgemeinen die bevorzugte Methode, das Bogenmaterial zu färben.

Die Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele weiter erläutert werden.

Beispiel 1

Getrennte Folien aus schlagmodifiziertem ("impact modified") Polymethylmethacrylat wurden in einer Platte zu einer oberen und einer unteren Schicht gepreßt, wie die Fig. 1 zeigt. Die obere Schicht hatte eine Dicke von 0,125 mm im Stegbereich zwischen den Vorsprüngen, während die Vorsprünge 0,75 ™ hoch waren. Die obere Fläche jedes Vorsprungs maß in Längsrichtung des Bogenmaterials 0,65 hh&j während die erste und die zweite Kantenfläche einen Winkel von 53 zur Ebene der Oberschicht einnahmen. Die Vor Sprünge waren auf Linien mit einem Längsabstand von 3»56 *™ über die Länge des Bogenmaterials zentriert. Die Basisschicht war mit Vürfeleckenelementen mit einer Höhe von 140/um in dem in Fig. 3A gezeigten Muster konfiguriert. Die nichtkonfigurierten Flächen der oberen und der unteren Schicht wurden mit einer dünnen Schicht eines Klebers verklebt, der in einem Lösungsmittel auf einem siliconbeschichteten

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Papierunterlage zu einer Dicke von 25/Um getrocknet und dann auf die obere Schicht aufgedrückt wurde. Der Träger wurde entfernt und die offenliegende Kleberschicht auf die Unterschicht des Bogenmaterials gepreßt. Eine Deckschicht aus einer 15 /um dicken Folie aus Polyäthylenterephthalat, die eine 5/um dicke wärmeformbare Schicht aus einem Mischpolymerisat von Äthylenterephthalat mit Isoterephthalat trug, wurde in einem Netzmuster wärmegeformt, um die Decklage auf der Würfeleckenflache zu befestigen. Eine 125/um dicke Schicht eines druckempfindlichen Gummiharzklebers auf Butylgummibasis, der zuvor auf eine Uhterlagenfolie aufgetragen worden war, wurden dann auf die offenliegende Oberfläche der Deckschicht aufgetragen und die Unterlage als Schutz für den Kleber beibehalten. In Labortests wies das resultierende Bogenmaterial eine sehr starke Anfangsreflexion auf und behielt ein nutzbares Reflexionsniveau unter simuliertem Verkehr über einen ausgedehnten Zeitraum bei.

Beispiel 2

Eine Deckschicht, wie sie die Fig. 4· zeigt, wurde hergestellt, indem zwei Gruppen einander schneidender lullen (unter einem Schnittwinkel von 30°) in eine 1,5 mm dicke Folie aus PoIymethylmethacrylat eingeschnitten wurden. Die Rillen hatten eine Tiefe von 0,75 mm, eine Breite von 1,9 mm und einen Basisabstand von 1,70 mm; der Flächenwinkel der zwischen den Rillen verbleibenden Vorsprünge betrug 53°- Ein etwa 100 χ 100 mm

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großes Stück der resultierenden Deckschicht wurde auf die flache Oberseite einer ¥ürfeleckenfolie aufgelegt, wie sie das Beispiel 1 beschreibt. Das Reflexionsvermögen des Verbunds x-nzrde unter verschiedenen Horizontwinkeln mit Licht unter einem vertikalen Einfallswinkel von 86° und einem Betrachtungswinkel von 0,2° gemessen. Die Fig. 10 zeigt die Ergebnisse in Caridela pro Lux und Quadratmeter.

Beispiel 3

Eine Deckschicht, wie die Fig. 5 sie zeigt, wurde hergesbeLLb, indem zwei Gruppen von Rillen rechtwinklig zueinander in eine 1,5 mm dicke Folie aus Polymethylmethacrylat eingeschnitten wurden. Die Rillen hatten eine Tiefe von 0,75 nmij eine Brei.fco von 1,78 miD· und einen Abstand von 1,78 imD- bh der Basis; sie spannten an den zwischen den Rillen verbleibenden Vorsprängen einen Flächenwinkel von 53° auf. Ein etwa 100 χ 100 mm grolJor; Stück der resultierenden Decklage wurde auf die flache Oberseite einer Wiirfeleckenfolie aufgelegt;, wie sie in Beispiel L beschrieben isb. Das Reflexionsvermögen des resultierenden Verbunds wurde unber verschiedenen Horizonbwinkeln mib Lichb mib einem verbikaleri Einfallswinkel von 86° und einem Betrachtungswinkel von 0,2° gemessen. Die Fig. 11 zeigt die Ergebnisse in Gandela pro Lux und Quadratmeter.

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Leerseite

Claims

BERLIN 33 8 MÜNCHEN Dr. RUSCHKE & PARTNER «-""-»»ω. 2 SfeSaaH^ patent an walte TbI. (030)8263895/828*481 BERLIN -MÖNCHEN Tel. (089) 98 03 24 / 98 72 Telegramm-Adresse: Telegramm-Adresse: Quadratur Berlin Quadratur Mönchen TELEX: 1Ϊ3786 283 H 36 TELEX: 522767 M 3948 Pat ent ansprüch.e

1. Rückstrahlendes Bogenmaterial zum. Aufbringen auf ein Substrat wie eine Fahrbahn, mit einer rückstrahlenden Schicht, die in der Ebene des Bogenmaterials verläuft, dadurch gekennzeichnet , daß über der rücksfcrahlenden Schicht eine lichtrichtende Schicht liegt, die kurze transparente Vorsprünge enthält, die in Reihen entlang einer Längsachse angeordnet sind und eine vordere, aufwärts quer zur Längsachse verlaufende Kantenfläche, die einen hohen Anteil des unter hohem Winkel auf die Fläche einfallenden Lichts durchläßt, und eine hintere, aufwärts vorstehende Kantenfläche aufweist, die das hindurchgetretene Licht abwärts richtet, so daß es von der rückstrahlenden Schicht rückgestrahlt werden kann, und das von der Schicht rückgestrahlte Licht durch die vordere Kantenfläche zur Lichtquelle zurück abstrahlt.

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ORIGINAL INSPECTED

2. Bogenmaterial nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich "bei der rückstrahlenden Schicht um eine Folie handelt, die auf der Unterseite mit rückstrahlenden Würfeleckenelementen konfiguriert ist.

3. Bogenmaterial nach Anspruch 2, gekennzeichnet weiterhin durch eine Decklage, die von den rückstrahl enden Würfeleckenelementen über den größten Teil ihrer Fläche beanstandet, aber mit der die Würfeleckenelemente tragenden Oberflächen über ein Netz von Bindestellen verbunden ist.

4-. Bogenmaterial nach Anspruch 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Deckfolie eine Schicht Mikrokügelchen trägt, um durch die rücksbrahlenden Würfeleckenelemente hindurchgetretenes Licht rückzustrahlen.

5. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen, dessen Schenkel die vordere und die hintere Kantenfläche bilden.

6. Bogenmaterial nach Anspruch 5i dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel zwischen der vorderen und der hinteren Kantenfläche und der Ebene des Bogenmaterials gleich sind.

7· Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die hintere Kantenfläche mit einem

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spiegelnd reflektierenden Material beschichtet ist.

8. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge in der Draufsicht karoförmig sind.

9. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 Ms 8, dadurch gekennz ei chne t, daß die Vorsprünge in der Draufsicht rechteckig sind und in der Längsrichtung des Bogenmaterials mindestens 50% der Querdimension messen.

10. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 "bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die VorSprünge weniger als 5 mm hoch sind.

11. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vor Sprünge weniger als etwa einen Millimeter hoch sind.

12. Bogenmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge in einer Dichte vorliegen, daß sich ein Verhältnis des LängsabStandes zwischen den Vorsprüngen zu ihrer Höhe von nicht mehr als etwa 50:1 ergibt.

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13· Bogenmaterial nach, einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsprünge in einer Dichte vorliegen, die ein Verhältnis des LängsabStandes zwischen den Yorsprüngen zu ihrer Höhe von nicht mehr als etwa 5*1 ergibt.

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