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Rückstrahler Die Erfindung bezieht sich auf Rückstrahler von jener
Art, bei der eine lichtzurückwerfende Schicht kleiner durchsichtiger Kugeln mit
einem lichtreflektierenden Mittel in Verbindung gebracht ist, das sich unter den
Kugeln befindet, und so eine katadioptrische Verbindung bildet. Ein Lichtstrahl,
der auf die Vorderseite der Kugelschicht auffällt, wird in der Weise gebrochen und
reflektiert, daß ein leuchtender Lichtkegel scharf auf die Lichtquelle zurückgeworfen
wird, obgleich der auffallende Lichtstrahl im Winkel einfillt. Rückstrahlschilder
und -zeichen sind für die Insassen sich nähernder Fahrzeuge nachts besser sichtbar
als gewöhnliche Schilder und Zeichen, weil von dein zurückgeworfenen Licht weniger
außerhalb d#s Blickfeldes verstreut wird und das zurück-geworfene Licht in einem
schmalen Kegel konzentriert wird, der von selbst auf die Scheinwerfer und die Insassen
des Fahrzeuges zurückfällt.
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Nach der Erfindung enthält der verbesserte Rückstrahler eine einfache
Schicht kleiner durchsichtiger Kugeln, die teilweise in ein Bindemittel eingebettet
sind, das einen durchsichtigen Hauptbestandteil mit einem feinverteilten hochgradig
lichtabsorbierenden dunklen Pigment und mit einem hochgradig zurückstrahlenden metallischen
Flockenpigment hat, wobei die metallischen Flocken in einem solchen Verhältnis verteilt
und in ihrer Lage so in der Nähe der eingebetteten Kugeloberflächen festgelegt sind,
daß sie eine leuchtende
Rückstrahlung ergeben; die Menge des dunklen
Pigments steht in einem solchen Verhältnis dazu, daß sich bei Betrachtung bei Tageslicht
ein dunkler äußerer Oberflächeneindruck ergibt, ohne aber eine leuchtende Rückstrahlung
z'u verhindern.
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Die Erfindung ergibt einen Rückstrahler, der dunkel erscheint, wenn
er bei Tageslicht betrachtet wird, und der dennoch einen leuchtenden Silbereindruck
macht, wenn er bei Nacht unter Rückstrahlbedingungen betrachtet wird. Es können
vorzügliche Hochglanzweitwinkligkeitseigenschaften erreicht werden, d.h. der Rückstrahler
behält einen hohen Glanz bei, selbst wenn der einfallende Lichtstrahl die Kugelschicht
in einem großen Winkel zur Senkrechten (Normalen) trifft, auch für jemand, der den
Rückstrahler in der -Nähe der Achse des einfallenden Strahles betrachtet.
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Der Rückstrahler kann in biegsamer, wetterfester Plattenform hergestellt
werden, geeignet zum Auftragen auf zur Herstellung von Straßenschildern und Verkehrszeichen
dienende Grundflächen. Die Durchbildung kann auch so sein, daß geeignete Schichten
direkt auf eine steife Unterlage aufgetragen werden.
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Die Erfindung stützt sich auf die eigenartigen Reflexionseigenschaften,
die eine Schicht kleiner, durchsichtiger Kugeln besitzt.
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Erfindungsgemäß wird eine einzige Schicht kleiner durchsichtiger Kugeln
auf einen Teil ihres Durchmessers in ein Bindemittel eingebettet, das einen durchsichtigen
Hauptbestandteil hat, dem einerseits ein fein verteiltes stark lichtabsorbierendes
dunkles Pigment und andererseits ein hochreflektierendes Metallflockenpigment beigemischt
ist, wobei letzteres in seinem Anteil so bemessen und so in der Nähe der eingebetteten
Kugeloberflächen festgelegt ist, daß es eine leuchtende Rückstrahlwirkung ergibt,
und die Menge des dunklen Pigments dabei in einem solchen Verhältnis dazu steht,
daß sich bei Tageslichtbetrachtung ein dunkler, äußerer Oberflächeneindruck ergibt,
ohne eine leuchtende Rückstrahlwirkung zu verhindern.
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Die Erfindung wird in Zeichnungen beispielsweise erläutert.
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Fig. i zeigt einen Rückstrahler und den konzentrierten Kegel von rückgestrahltem
Licht, das zu den Quellen eines im*Winkel auffallenden Strahles zurückkehrt, der
ihn hervorruft; Fig. 2 und 3 sind stark vergrößerte Darstellungen, die den
Aufbau zweier verschiedener Rückstrahler, die die Erfindung verkörpern, im Querschnitt
zeigen.
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Fig. i zeigt, wie ein wirksamer Rückstrahler das reflektierte Licht
in einem konzentrierten Kegel zur Lichtquelle zurückwirft, selbst wenn das einfallende
Licht, wie dargestellt, in einem Winkel auffällt.
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Fig. 2 zeigt eine Rückstrahlschicht, die selbsttragend, aber vorübergehend
auf einer entfernbaren Trägerplatte 21 befestigt ist, auf der die Schichten aufgebaut
sind und die, wenn nötig, abgezogen werden kann. Das Gefüge besteht aus einer biegsamen
Untergrundrückstrahlschicht 22, die auf die Trägerplatte 21 aufgetragen ist. Diese
Schicht 22 ist Mit Aluminiumfarbstoffflocken pigmentiert, die dazu neigen, an der
Oberfläche flach zu liegen, und ergibt 2-1 eine halbspiegelnde silbrig reflektierende
Oberfläche. Hierauf ist eine pigmetitierte Bindemittelschicht 23
aufgetragen
und befestigt, in die eine einfache Oberflächenschicht kleiner durchsichtiger Kugeln
24 teilweise eingebettet ist, die hiiieingepreßt wurden, solange die Bindemittelschicht
noch plastisch ist (vor Behandlung oder Trocknung), wobei die der Schicht 22 zugewandte
Kugelfliche diese Reflektorschicht 22 herührt oder ihr sehr nahe kommt. Beim Festwerden
hält die Pignientschicht 23 die Kugeln fest in ihrer Lage und umschließt
einen Teil der Kugeloberfläche. In der Zeichnung sind die Kugeln weiter auseinander
gezeichnet, als es üb-
licherweise der Fall ist.
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Die Bindemittelschicht 23 besteht aus einem durchsichtigen
Hauptbestandteil, z. B. einem Lack oder Firnis, der ein Gemisch von Ruß und Aluminiumflockenpigmenten
enthält. Der Eintritt jeder Kugel in diese Schicht während der Herstellung führt
dazu, daß die den Kugeln benachbarten Aluminiumflocken eine solche Lage einnehmen,
daß sie sich gegen die Oberfläche der Kugel wenden, wodurch sie um und in großer
Nähe der eingebetteten Kugeloberfläche silbrig reflektierende Oberflächen ergeben,
obgleich die Bindemittelniasse schwarz und nicht reflektierend erscheint. Die Rußteilchen,
die Kolloidgröße haben, sind winzig klein im Vergleich zu den Aluminiuniflocken.
Einige dieser schwarzen Teilchen liegen verstreut zwischen den Flocken und der Kugeloberfläche,
sie verhindern jedoch nicht eine wirksame Rückstrahlung. Es wurde gefunden, daß
die #xiiteile der beiden Pigmente je für sich, und in richtiger M)stimmung
aufeinander, genügen, die gewünschte optische Wirkung zu erzeugen.
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In Fig. 2 sind mit a einfallende Lichtstrahlen bezeichnet, die auf
einen grhi.3ereii Oberflächenteil der Bindemittelschiclit treffen, die zwischen
den freiliegenden Oberflächen benachbarter Kugeln liegt. Diese Strahlen kommen im
Falle eines bei Tageslicht betrachteten senkrechten Schildes aus verschiedenen Richtungen,
wie dargestellt. Infolge d#s Rußpigmentgehaltes macht die Bindemitteloberfläche
einen schwarzen Eindruck, was bedeutet, daß die einfallenden Strahlen größtenteils
von der Bindemitteloberfläche absorbiert werden, ungeachtet des Vorhandenseins hochgradig
reflektierenden Aluminiumflockenpigmentes im Bindernittel. Aus demselben Grunde
wird ein Lichtbündel einfallender gleichartiger Strahlen ebenfalls ab,;orbiert,
so daß ein schwarzer Eindruck entsteht.
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Die gleichachsigen Strahlen 1) sind dargestellt, wie sie auf die äußere
freiliegende Fläche einer bestimmten Kugel treffen, wobei sie senkrecht zur Fläche
der Reflektorplatte auffallen. Diese Strahlen werden an der Oberfläche gebrochen
und konvergieren auf die Mittelachse zu. Infolge sphärischer und chromatischer Brechungseffekte
können sie nicht genau in einen Brennpunkt gebracht werden, sie können jedoch so
zusammengeführt werden, daß sie die rückwärtige Oberfläche der Kugel innerhalb einer
kleinen begrenzten Zone treffen, die am kleinsten
wird (und damit
sich am nächsten einem Brennpunkt nähert), wenn der Brechungsindex der Kugel etwa
1,85 bis i,go ist. Die Reflexion der Strahlen an der hinteren Oberfläche der Kugel
ergibt einen Kegel zurück-kehrender, divergierender, reflektierter Strahlen, die
an der vorderen Oberfläche der Kugel in der Weise gebrochen werden, daß sie zu einem
schmalen Kegel zusammengefaßt werden, der im wesentlichen dieselbe Achse wie die
einfallenden Strahlen hat. Die Divergenz der an die Liclitquelle zurückkehrenden
Strahlen ist am geringsten, wenn der Brechungsindex der Kugel etwa 1,85 bis i,go
ist. Dank der geringen Größe der Kugelii, von denen Tausende auf 6,45
i qcm kommen, kann das Auge des Betrachters nicht die von jeder einzelnen
Kugel kommenden Strahlen unterscheiden.
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Die gleichachsigen Strahlen c sind dargestellt, wie sie auf die äußere
Oberfläche einer freiliegenden Kugel in beträchtlichem Winkel zur Senkrechten auftreffen.
Die Lichtbrechung geschieht so, daß die Strahlen etwa auf einem Punkt auf der seitlichen
unteren Oberfläche der Kugel konvergieren, und die Lichtbrechung an der Kugeloberfläche
ergibt einen Kegel von reflektiertem Licht, das zur Lichtquelle zurückkehrt.
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Bei der vorliegenden Durchbildung erfolgt die Reflexion aller Strahlen,
die eine Kugel durchdringen, nicht genau an der Oberfläche der Kugel, da die Aluminiumflocken
keine gleichförmig reflektierende Oberfläche bilden, die in direkter Berührung mit
der Oberfläche der Kugel steht. Die Strahlen können eine kurze Strecke in das BindAlittel
eindringen, bevor sie reflektiert werden. Man könnte annehmen, (laß (las Vorhandensein
von Rußteilchen ein solches Verschlucken des Lichtes verursachen würde, daß eine
wirksame Reflexion verhindert und damit leuchtende Rückstrahlung ausgeschlossen
würde, wenn nicht der Anteil an Ruß in der Bindemittelzusammensetzung
so gering wäre, daß dadurch ein schwarzer äußerer Oberflächeneindruck ausgeschlossen
würde. Entgegen einer solchen Annahme jedoch wurde gefunden, daß die Ruß- und Aluminiumflockenpigmente
in ihren Mengen so aufeinander abgestimmt werden können, daß als Ergebnis eine Bindemittelschicht
entsteht, die in bezug auf Strahlen, die ihre äußere Oberfläche treffen, nichtreflektierend
(schwarz) ist und die ein wirksamer Reflektor in bezug auf Strahlen ist, welche
auf die Schichtflächen treffen, die an den von der Bindemittelschicht bedeckten
Oberfläche der Kugeln liegen.
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Bei der Durchbildung gemäß Fig. 2 wird die ReflektorschiCht 22 sowohl
als eine Stütze, die der Reflektorplatte einen Halt verleiht, verwendet als auch
zur Bildung einer reflektierenden Oberfläche in den Kugelberührungsflächen. Da die
Kugeln in die Bindemittelschicht 23 bei der Herstellung eindringen, berühren
sie die Reflexionsschicht --2 oder kommen nahe an sie heran, und die wirksame Re-Hexion
senkrecht einfallender Strahlen wird durch das Vorhandensein einer Schicht mit reflektierender
Oberfläche verbessert. Die Bindemittelschicht 23
kann jedoch auch auf einer
nichtreflektierenden Unterlage aufgebracht werden, wobei eine dickere Schicht
23 verwendet wird und die Kugeln in der Weise eingesetzt werden, daß ihre
eingebetteten Flächen von einem genügend dicken Bindemittelgefüge bedeckt sind,
um wirksame Reflexion zu erzielen.
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Der Grund, weshalb der Tageseindruck der Rückstrahlplatte schwarz
ist und dennoch der Rückstrahleindruck bei Nacht der einer leuchtenden Silberfarbe
ist, z. B. bei der Betrachtung eines Straßenschildes durch sich nähernde Autofahrer,
ist der folgende: Die große Anzahl kleiner Kugeln je Flächeneinheit hindert
das Auge des Betrachters daran, die Kugeln und die dazwischenliegenden Oberflächenteile
der Bindemittelschicht zu unterscheiden. Die Oberfläche erscheint nicht unterbrochen
und gleichförmig. Wird die Platte bei zerstreutem Tageslicht betrachtet, so wird
nur ein kleiner Teil dieser Strahlen, die auf die Kugeln auftreffen, nach Reflexion
an den hinteren Oberflächen de.r Kugeln in der Richtung zurückgestrahlt, daß sie
in das Auge des Betrachters fallen, d. h. nur jene Strahlen, die so zurückgestrahlt
werden, daß sie in der Nähe der Blickrichtung des Betrachters liegen. Die einfallenden
Lichtstrahlen, die auf die äußere freiliegende Oberfläche der Bindemittelschicht
treffen, werden in der Hauptsache absorbiert, wodurch ein gleichförmig schwarzer
Eindruck entsteht, der nicht von der kleinen Menge von silbrigem Licht verdrängt
wird, die das Auge des Beobachters erreicht. Die letztere verursacht ein Grauwerden
des Schwarz, aber das Gesamtergebnis ist immer noch ein ausgesprochen schwarzer
Eindruck. Die Oberfläche erweckt den Eindeuck, als ob sie gleichförmig mit schwarzer
Farbe überzogen wäre. jedoch unter Rückstrahlbedingungen bei Nacht betrachtet, z.
B. durch den Insassen eines sich nähernden Automobils, dessen Scheinwerfer die Rückstrahlplatten
beleuchten, fallen die Strahlen der Lichtquelle im wesentlichen in der Richtung
der Blickrichtung des Betrachters ein, und es erfolgt eine leuchtende silbrige Reflexion
derjenigen Strahlen, die auf die Kugeln auftreffen. Die Intensität ist so groß,
daß sie die schwarze Wirkung der freiliegenden Bindemitteloberflächenteile übertönt.
Die Oberfläche macht den Eindruck, als ob sie gleichförmig mit einer leuchtenden
silbrigen Farbe überzogen wäre. So entsteht der verschiedenartige Eindruck bei Tag
und bei Nacht.
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Diese Wirkung macht Reklameschilder von eindrucksvoller Wirksamkeit
möglich. Zum Beispiel können Buchstaben, Symbole oder Muster, die aus dieser Art
Rückstrahlplatten geschnitten sind, auf einer Reklamefläche befestigt werden, die
in der üblichen Weise schwarz angemalt ist. Bei Tage erscheint die gesamte Fläche
schwarz. Bei Nacht heben sich die Buchstaben, Symbole oder Muster als leuchtend
silbrige Flächen heraus, die auf große Entfernung sichtbar sind. Eine ähnliche Wirkung
wird bei Verwendung einer Platte dieser Art durch Ausschwärzen bestimmter Flächen
und durch Übermalen oder Überdrucken der Platte mit schwarzer Farbe oder Tusche
erzielt. Die bedeckten Teile sind
nachts weiterhin schwarz, während
die unbedeckten Teile von leuchtender silbriger Farbe sind. Ein Beispiel einer Verwendung
als Warnungszeichen ist das Befestigen von Streifen der Reflektorplatte an den vorderen
und hinteren Flächen eines Kraftwagens mit schwarzem Aufbau. Bei Tage sind die Streifen
unauffällig, während sie bei Nacht herankommenden Autofahrern strahlend sichtbar
sind und vor der Anwesenheit des Fahrzeuges warnen, selbst wenn dessen eigene Lichter
abgeschaltet sind.
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Zahlreiche nützliche Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich für die
Herstellung von Zeichen und Schildern, und es soll hier kein Versuch gemacht werden,
alle Möglichkeiten zu beschreiben, die durch die Beispiele nur veranschaulicht werden
sollen. Zeichen und Schilder sind als Rückstrahler anzusehen, selbst wenn nur Teile
der Gesamtfläche die hierin beschriebene Durchbildung haben.
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Bevorzugt wird eine Größe der Kugeln mit einem durchschnittlichen
Durchmesser von nicht über 0,254 mm. Ein geeigneter durchschnittlicher Durchmesser
ist etwa 0,127 bis 0,152 MM, obgleich kleinere Kugeln verwendet werden können,
was mehr als io ooo Kugeln je 6,45 1 qcm ergibt, wenn sie in normal enggepackter
Art aufgetragen werden. Glaskügelchen dieser Art werden allgemein als Glasperlen
bezeichnet.
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Statt der üblichen ungefärbten Perlen können durchsichtige gefärbte
Perlen verwendet werden. Dann entsteht statt der vorher beschriebenen silbrigen
Rückstrahlungeine entsprechend gefärbte Rückstrahlwirkung infolge der Farbfilterwirkung
der Perlen. So können durchsichtige rote Perlen verwendet werden, um eine Rückstrahlplatte
herzustellen, die bei Tage schwarz erscheint, die aber bei Nacht wie mit einer leuchend
roten Farbe überzogen erscheint.
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Höchste Rückstrahlleuchtkraft wird erzielt, wenn der Brechungsindex
der Kugeln etwa i,8o bis i,go beträgt. Ein hoher Grad von Leuchtkraft wird jedoch
schon in einem Bereich von 47 bis 2,o erzielt. Gewöhnliche Glasperlen (Brechungsindex
etwa i,5o bis 1,55) ergeben einen wesentlich niedrigeren Wirkungsgrad als der Bestfall.
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Ein Beispiel für eine Bindemittelzusammensetzung, die eine wirksame
Wechselwirkung der Pigmentanteile zueinander zeigt, ist eine solche, die etwa 4
Teile Ruß und etwa 16 Teile Aluminiumflockenpulver. je ioo Teile Gesamttrockengewicht
(ausschließlich jeglicher flüchtigen Löse- oder Verdünnungsmittel) enthält, während
der Rest aus durchsichtigen FiiUnis- oder Lackfestteilen besteht. Auf Gewichtsbasis
hat somit Ruß geringeren Anteil als das Aluminiumpigment. Im allgemeinen wurde gefunden,
daß gute Ergebnisse mit einem Verhältnis von Aluminiumpigment zu Ruß im Bereich
von etwa 2 : i bis 4: 1, gewichtsmäßig, erzielt werden; wobei der Anteil
an Ruß etwa 2 bis 5 Teile je ioo Gesamtteile beträgt.
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Natürlich umfaßt die Erfindung gleichwertige Stoffe. So braucht das
reflektierende metallische Flockenpigment nicht aus Aluminium zu sein. An Stelle
von Ruß können andere fein verteilte Pigmente von dunkler (hochgradig lichtabsorbierender)
Art verwendet werden, die nicht vollkommen schwarz zu sein brauchen, im Gegensatz
zu durchsichtigen Pigmenten und zu hochgradig reflektierenden Pig-
menten.
Die durchsichtigen Kugeln brauchen nicht aus anorganischem Glas zu bestehen, sondern
können aus durchsichtigem organischem Kunststoff gemacht sein.
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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
In diesem Fall ist eine Grundfläche oder Platte 31 vorgesehen, die eine silbrig
reflektierende Oberfläche hat, z. B. eine Aluminium-oder Zinnfolie oder eine verchromte
Stahlplatte, mit der eine Bindemittelschicht 32 verbunden ist, die in der
beschriebenen Art pigmentiert wurde und in die eine einfache Schicht kleiner durchsichtiger
Kugeln 33 eingebettet ist. Der Aufbau ist insoweit ähnlich dem in Fig. 2.
In diesem Fall ist jedoch noch ein weiterer Überzug aus durchsichtigem Werkstoff
vorhanden, der eine durchsichtige Decke 34 ergibt, die eine glatte Außenfläche hat.
Dieser Überzug schließt die Außenteile der Kugeln und die Außenfläche der Bindemittelschicht
ab.
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Wenn die durchscheinende Deckschicht und die durchsichtigen Kugeln
im wesentlichen denselben Brechungsindex hätten, würde keine richtige Lichtbrechung
an den Außenflächen der Kugeln eintreten. Die Kugeln müssen einen wesentlich höheren
Brechungsindex haben als die Deckschicht. Das Brechungsindexverhältnis sollte vorzugsweise
im Bereich von etwa 1,6 bis 2,0 liegen, wobei die beste Verhältniszahl ungefähr
1,9 wäre.