DE69611250T2

DE69611250T2 - Anpassungsfähiger magnetischer gegenstand für unter verkehr tragende oberflächen

Info

Publication number: DE69611250T2
Application number: DE69611250T
Authority: DE
Inventors: W. Clark; J. Dahlin; E. Fayling; A. Gonzalez; M. Hopstock; F. Jacobs; L. Keech
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 2001-04-05
Anticipated expiration: 2016-10-12
Also published as: EP0856088A1; ES2152570T3; NO981755D0; NO981755L; CA2232873A1; AU7516496A; JP3706143B2; DE69611250D1; EP0856088B1; KR19990064330A; WO1997014850A1; CN1200158A; JPH11513762A; DK0856088T3; AU699652B2; MX9802810A; US5853846A; ATE198086T1; CA2232873C

Description

1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft den Bereich magnetischer Artikel und insbesondere Artikel, die unter einer verkehrtrageriden Oberfläche, z. B. einer Straße, einem Warenhausboden, und ähnlichen, angeordnet werden können, um ein Fahrzeug oder einen anderen mobilen Gegenstand darauf zu führen.

2. Hintergrund der Erfindung

Einem sichereren, effizienteren und besser zugänglichen öffentlichen Verkehr wird in vielen Regierungen eine hohe Priorität eingeräumt. Arbeiter des öffentlichen Dienstes, öffentliche Verkehrsmittel und Notfallfahrzeuge müssen imstande sein, bei verschiedenen Wetterbedingungen auf Straßen schneller und sicherer zu fahren.
Widrige Witterungsbedingungen und sogar blendendes Sonnenlicht oder herannahende Verkehrsampeln stellen besondere Probleme sowohl für vorhandene Verkehrssysteme als auch für Führungssysteme dar, die eine laterale oder seitliche Fahrzeugsteuerung ermöglichen. Zahlreiche tragische Verkehrsunfälle haben sich ereignet, weil Fahrer unter Alkoholeinfluß und unter dem Einfluß frei zugänglicher Drogen fahren. Schnee, Nebel, schwerer Regen, Staubverwehungen und Rauch sind Beispiele von problematischen Bedingungen für Fahrzeugführer. Schneewetter stellt besonders problematische Fahrbedingungen für Schneepflugführer dar, die versuchen, Fahrspu ren zu räumen, während Schneeverwehungen auftreten, oder wenn Fahrspurmarkierungen durch Schnee verdeckt sind. Außerdem haben durch Schneeverwehungen verursachte verminderte Sichtbedingungen zahlreiche tragische Verkehrsunfälle verursacht, wenn Autofahrer auf Schneepflüge auffahren, die langsamer fahren als der umgebende Verkehr. Winterwetter wird für intelligente Transportsysteme (ITS), bei denen Fahrzeuge auf überfüllteren Straßen schneller und in geringerem Abstand voneinander fahren, weiterhin Probleme darstellen. Ein magnetisches, laterales oder seitliches Führungssystem berücksichtigt die speziellen Bedürfnisse von Fahrern, die, aus welchem Grunde auch immer, die Straße nicht sehen können.
Außer Fahrzeugen können auch andere mobile Objekte oder Subjekte, z. B. Farmtiere, Haustiere, Feuerwehrleute, sehbehinderte Fußgänger, und ähnliche von Steuerungs- und/oder Führungssystemen profitieren. Mit Magnetsensoren ausgestattete mobile Roboter können geführt und/oder gesteuert werden, während sie sich auf ihrem Weg z. B. entlang einer industriellen Fertigungs- oder Montagestraße bewegen. In bestimmten Fällen sind Rand- und Grenzerfassungssysteme erforderlich. Zwei Bei spiele sind Systeme zum Warnen vor gefährlichen Bedingungen oder Zuständen in der Umgebung und Haustiereingrenzungssysteme. Für Spiele sind häufig definierte Grenzen erforderlich, z. B. ein Foul-Bereich im Baseball und Sperr- oder Ausbereiche im Fußball, und es ist häufig erforderlich, daß Spielgeräte und Sportausrüstungen akustische Signale abgeben, wenn sie eine vorgegebene Linie kreuzen.
Es sind mehrere alternative Verfahren zum Erfassen der lateralen oder seitlichen Position eines Fahrzeugs auf einer Straße bekannt. Ein Beispiel beinhaltet die Verwendung sichtbarer Zeichen oder Markierungen und optischer Sensoren. In einem System, das auf optische Sensoren angewiesen ist, können jedoch Zuverlässigkeitsprobleme auftreten. Die Zeichen oder Markierungen können durch Schmutz, Eis oder Schnee verdeckt sein, und die Sichtbarkeit kann durch Nebel, Schneeverwehungen, Staubverwehungen und ähnliche Ursachen beeinträchtigt sein. Außerdem ist für die Verwendung bei Nacht eine erhebliche Energiemenge erforderlich, um die Zeichen zu beleuchten oder einen Strahl vom Sensor zu emittieren.
Ein anderes Verfahren besteht in der Verwendung radarstrahlreflektierender Markierungen in Verbindung mit einem auf einem Fahrzeug angeordneten Radarerfassungssystem. Sowohl die Markierungen als auch die Radarerfassungssysteme sind im Vergleich zu hierin vorgeschlagenen magnetischen Systemen teuer. Außerdem sind mit in der Straße oder in ähnlichen Untergründen eingebetteten metallischen radarreflektierenden Markierungen wahrscheinlich Haltbarkeits- und Korrosionsprobleme verbunden.
Ein magnetisches System bietet mehrere Vorteile:
- es wird durch Wetterbedingungen nicht beeinträchtigt;
- es erfordert keine teure Video- oder andere Hochfrequenzausrüstung;
- die Betriebskosten des Systems sind gering, weil die Markierung passiv ist und keine Leistung erforderlich ist, um eine magnetische Markierungsfunktion zu erhalten; und
- das System hat eine hohe Lebensdauer, d. h., wenn eine magnetische Markierung einmal installiert ist, wird sie wahrscheinlich die Lebensdauer der Straße überdauern (typische Straßen haben eine Lebensdauer von sechs oder acht Jahren), und magnetische Markierungen können sogar umprogrammiert werden, während sie Teil der Straße sind.
Bekannte magnetische Markierungssysteme weisen eine Reihe von in die Straße eingebetteten magnetischen "Nägeln" auf. Weil die Feldstärke mit der dritten Potenz des Abstands von einer solchen dipolaren Magnetfeldquelle abnimmt, müßten die "Nägel" ziemlich dicht voneinander beabstandet sein, um ein geeignetes Signal zu erzeugen. Die Materialkosten wären hoch, wenn die leistungsstärksten Seltenerdmagnete verwendet würden, um die Größe zu minimieren und den Abstand zu maximieren. Das Bohren von Löchern in die Straße und die Verwendung starrer Nägel kann auch zu Belastungskonzentrationen und einer vorzeitigen Zerstörung oder Beschädigung des Straßenbelags führen, die durch Korrosion der Nägel verstärkt werden kann. Durch die Verwendung einfacher eisenhaltiger Metallstifte würde das zum effektiven Trennen des Positionssignals vom Rauschen geeignete alternierende Signal nicht bereitgestellt.
Ein anderes magnetisches Markierungssystem verwendet eine magnetische Farbe, um magnetische Streifen auf der Straße zu erzeugen. Der Farbstreifen kann nur magnetisiert werden, nachdem er getrocknet ist. Bei der typischen Dicke von Farbschichten ist es schwierig, ein ausreichend starkes magnetisches Signal zu erhalten. Wenn die Dicke der Farbe jedoch vergrößert wird, um ein geeignetes magnetisches Signal zu erhalten, wäre die Haltbarkeit der Farbe gering. Entlang des Streifens müßte eine besonders gestaltete magnetizierende Befestigungsvorrichtung verlegt werden. Aufgrund der Einschränkungen des durch eine solche Befestigungsvorrichtung erzeugten Magnetfelds wäre die Koerzitivkraft des magnetischen Materials wahrscheinlich auf etwa 100 Oersted begrenzt, so daß es gelöscht werden könnte, und es wäre schwierig, ein anderes als ein in Längsrichtung ausgerichtetes Magnetisierungsmuster zu erzeugen.
Herkömmliche magnetische Führungssysteme wurden in einer Straße eingebettet. Ein solches System ist in der US-A- 3609678 beschrieben. Die darin beschriebenen polymerbasierten magnetischen Materialien sind elastisch und flexibel, z. B. Nitril- und Silikonkautschuk und plastifiziertes PVC. "Elastisch" bedeutet, daß das Material seine Ausgangsform im wesentlichen wiedergewinnt, nachdem eine Verformungskraft freigegeben wurde. In der US-A-3609678 wird in einer Ausführungsform ein polymerisches magnetisches Band- bzw. Lagenmaterial beschrieben, das "entweder mit dem Rand in einen schmalen Kanal oder Schlitz eingesetzt oder flach in eine eher flachere Vertiefung gelegt wird, der/die in die Straße geschnitten ist". (Spalte 3, Zeilen 4-6). In diesem Patent ist außerdem dargestellt, daß Magnete auch im Straßenbelag eingebettet anstatt in einen offenen Kanal verlegt werden können. (Spalte 3, Zeilen 31-32). Ein Flußsensor ist auf einem Fahrzeug angeordnet, das sich auf der Straße bewegt, und der Sensor kann in Antwort auf das magnetische Medium ein elektrisches Signal erzeugen, wenn das Magnetfeld ausreichend stark und erfaßbar ist. In der US-A-309678 wird außerdem beschrieben, daß die Intensität des Magnetfeldes an der Straßenoberfläche mindestens 2 Gauß, vorzugsweise mindestens 10 Gauß und noch bevorzugter mindestens 100 Gauß betragen sollte, um auch dann ein starkes Signal bereitzustellen, wenn die Straßenbedingungen nicht optimal sind. (Spalte 4, Zeile 75 bis Spalte 5, Zeile 6).
Obwohl es seine spezifischen Anwendungsmöglichkeiten besitzt, kann das in der US-A-3609678 dargestellte System ungeeignet sein, weil es insbesondere das Einbetten eines magnetischen Mediums in eine vorhandene Straße betrifft. D. h., dieses Patent beschreibt das Schneiden eines Schlitzes, Lochs oder einer anderen Öffnung in eine vorhandene Straße, das Einfügen eines Magnets oder mehrerer Magnete in ein elastisches Material in der Öffnung und das anschließende Versiegeln oder Verschließen der Öffnung zum Schützen der Magnete.
Herkömmliche anpassungsfähige nichtmagnetische Straßenbelagmarkierungsschichtmaterialien sind bekannt und weisen typischerweise ein Polymermaterial auf, z. B. ein Polymermaterial, das vernetzbar ist; um ein Elastomer zu bilden, das jedoch im Schichtmaterial nicht vernetzt ist und dadurch geeignete viskoelastische Eigenschaften aufweist. "Anpassungsfähig" bezeichnet die Fähigkeit der Verformbarkeit unter einer Belastüngskraft, wobei ein wesentlicher Teil der Verformung aufrechterhalten bleibt, nachdem die Belastungskraft freigegeben wurde. Beispiele anpassungsfähiger nichtmagnetischer Straßenbelagmarkierungen sind in der US-A-4490432, in der US-A-5316406, in der US-A-4069281 und in der US-A- 5194113 beschrieben.
In der WO96/16231 werden anpassungsfähige magnetische Artikel zur Verwendung mit verkehrtragenden Oberflächen beschrieben, die ein organisches Bindemittel mit darin verteilten magnetischen Partikeln aufweisen. Dieses Dokument stellt den Stand der Technik gemäß Art. 54(3) EPC nur für die Vertragsstaaten DE, FR, GB und lT dar.
In keinem der vorstehenden Dokumente wird die Verwendung magnetischer Partikel in einer anpassungsfähigen Schicht oder das Verlegen eines anpassungsfähigen magnetischen Artikels unter einer verkehrtragenden Oberfläche beschrieben.

3. Beschreibung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist in den Patentansprüchen 1, 11 und 13 (Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT) bzw. in den Patentansprüchen I, 7, 14, 22 und 25 (Vertragsstaaten AT, CH/LI, DK, Es, NL und SE) spezifiziert.
Die erfindungsgemäßen anpassungsfähigen Artikel werden unter einer verkehrtragenden Oberfläche verlegt und als Teil eines unterlegten magnetischen Führungssystems verwendet. Das Führungssystem ist hierin dadurch definiert, daß es Informationen für einen Fahrzeugfahrer oder ein anderes mobiles Objekt oder System bereitstellt und/oder ein Fahrzeug oder mobiles Objekt steuert. Der magnetische Artikel kann entweder an die verkehrtragende Struktur "nachträglich angepaßt" werden, d. h. daß der Artikel unter einer vorhandenen verkehrtragenden Struktur verlegt wird, oder gleichzeitig mit der verkehrtragenden Struktur installiert werden. Daher ist der magnetische Artikel in wesentlich geringerem Maße anfällig für Beschädigungen durch über den magnetischen Artikel fahrenden Fahrzeugverkehr und kann insbesondere durch die Schaufel eines Schneepflugs nicht beschädigt oder von der Oberfläche abgeschält werden.
Wenn eine verkehrtragende Struktur eine neue Oberfläche erhält, werden die auf der Oberfläche bereits vorhandenen Straßenbelagmarkierungen häufig entfernt, bevor die neue Oberfläche hergestellt wird. Die Straßenbelagmarkierungen werden entfernt, um Reflexionsrisse des Straßenbelags um die eingebettete Form der darunter angeordneten Markierung zu verhindern. Diese Rißbildung wird wahrscheinlich durch die Nichtübereinstimmung thermodynamischer und mechanischer Eigenschaften zwischen dem Material der verkehrtragenden Struktur und det eingebetteten Straßenbelagmarkierung verursacht. Durch auf diesen verkehrtragenden Oberflächen fahrenden Verkehr wird diese Rißbildung häufig beschleunigt. Überraschenderweise zeigen die verkehrtragenden Strukturen keine vorzeitige Rißbildung oder Beschädigung, wenn die erfindungsgemäßen Artikel unterlegt werden.
Durch die vorliegende Erfindung (Vertragsstaaten AT, CH/LI, DK, Es, NL, SE) wird ein anpassungsfähiger magneti scher Artikel zum Verlegen unter einer verkehrtragenden Oberfläche bereitgestellt, der ein magnetisches Signal an einen sich über die verkehrtragende Struktur bewegenden Sensor überträgt. Der magnetische Artikel weist mindestens eine anpassungsfähige magnetische Schicht mit einem Bindemittel und einer ausreichenden Menge von im Bindemittel dispergierten magnetischen Partikeln auf, um ein magnetisches Signal durch die verkehrtragende Oberfläche an einen Sensor zu übertragen. Der erfindungsgemäße Artikel ist im wesentlichen inelastisch.
Die erfindungsgemäßen anpassungsfähigen magnetischen Artikel weisen vorzugsweise eine anpassungsfähige magnetische Schicht auf, die permanentmagnetisierbare Partikel aufweist, so daß die magnetischen Partikel des Artikels ausgerichtet werden können, um ein durch einen auf einem Fahrzeug montierten Sensor erfaßbares Magnetfeld zu erzeugen. Typische Artikelbreiten liegen im Bereich von etwa 1 cm bis 50 cm, vorzugsweise 5 bis 20 cm, und typische Artikeldicken liegen im Bereich von etwa 0,1 bis etwa 1 cm, vorzugsweise 0, 1 bis 0, 2 cm, obwohl viele andere Artikelformen, z. B. ein Strang, ein Lagenmaterial, ein perforierter Artikel, usw. möglich sind. Die Form ist hauptsächlich durch die spezifische Verwendung des Artikels festgelegt.
Die erfindungsgemäßen Artikel können in einem einzigen Muster magnetisiert werden, sie werden jedoch vorzugsweise in einem Muster magnetisiert, durch das ein leicht erfaßbares alternierendes magnetisches Signal am Sensor erzeugt wird. Um detailliertere Informationen zu übertragen, können die erfindungsgemäßen Artikel jedoch auch in komplizierteren Mustern magnetisiert ("codiert" oder "geschrieben") werden, die z. B. in Strichcodes, Kreditkartenstreifen oder Magnetbandaufzeichnungen verwendet werden.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung ist ein System zum Führen von auf einer verkehrtragenden Struktur fahrenden Fahrzeugen oder mobilen Objekten, mit:
a) mindestens einem unter einer verkehrtragenden Oberfläche verlegten anpassungsfähigen magnetischen Atikel zum Übertragen eines magnetischen Signals zu einem sich über die verkehrtragende Oberfläche bewegenden Sensor. Der magnetische Artikel weist mindestens eine anpassungsfähige magnetische Schicht mit einem Bindemittel und einer ausreichenden Menge von im Bindemittel dispergierten magnetischen Partikeln auf, um ein magnetisches Signal durch die verkehrtragende Struktur zu übertragen; und
b) einem Sensor, der dazu geeignet ist, über eine verkehrtragende Oberfläche bewegt zu werden. Der Sensor weist eine Einrichtung zum Erfassen des magnetischen Signals durch die verkehrtragende Struktur auf.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein System zum Führen von auf einer verkehrtragenden Struktur fahrenden Fahrzeugen oder mobilen Objekten, mit:
a) einer verkehrtragenden Struktur mit mindestens zwei Materialschichten;
b) einem unter der oberen Fläche der verkehrtragenden Oberfläche zwischen zwei der Schichten verlegten anpassungsfähigen magnetischen Artikel, wobei der Artikel dazu geeignet ist, ein magnetisches Signal zu einem sich über die verkehrtragende Oberfläche bewegenden Sensor zu übertragen, wobei der magnetische Artikel mindestens eine anpassungsfähige magnetische Schicht mit einem Bindemittel und einer ausreichenden Menge von im Bindemittel dispergierten magnetischen partikeln aufweist, um ein magnetisches Signal durch die verkehrtragende Struktur bereitzustellen; und
c) einem Sensor, der dazu geeignet ist, über die verkehrtragende Oberfläche bewegt zu werden, wobei der Sensor eine Einrichtung zum Erfassen des magnetischen Signals durch die verkehrtragende Struktur aufweist.
Das Ausgangssignal der Sensoreinheit(en) wäre wahlweise ein Lateral- oder Seitenabstandsignal. Das Ausgangssignal des Sensors kann verwendet werden, um ein Fahrzeug zu steuern und/oder über ein Display Informationen für einen Fahrer bereitzustellen.
Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines Führungssystems für eine verkehrtragende Struktur bereitgestellt.
Die Erfindung ist insbesondere für eine Anwendung in Verbindung mit der magnetischen Führung eines Schneepflugs geeignet. Für einen Schneepflug ist es wichtig, daß er auf einer verkehrtragenden Struktur geeignet positioniert ist, so daß unbeabsichtigte Beschädigungen von Kurven, Verkehrsschildern, Briefkästen und ähnlichen Einrichtungen vermieden werden können. Weil Fahrspurmarkierungen durch Schnee oder Eis auf einer Straße verdeckt sein können, würde ein Schneepflugfahrer davon profitieren, wenn ihm ein magnetisches Führungssystem des beschriebenen Typs zur Verfügung stehen würde, so daß der Schneepflug geeignet auf der verkehrtragenden Oberfläche bleibt. Die vorliegende Erfindung kann besonders vorteilhaft sein zum Führen von Schneepflügen bei Schneetreiben (intensiven Schneeverwehungen), wenn die Sichtführung begrenzt ist.
Außerdem sind die unterlegten erfindungsgemäßen Artikel in geringerem Maße anfällig für Beschädigungen durch den Verkehr oder Schneepflüge und weniger anfällig für mutwillige Zerstörung.
Andere nützliche Anwendungen sind beispielsweise ein elektronischer "Ratterstreifen", der einen Fahrer davor warnen würde, wenn das Fahrzeug sich dem Rand einer verkehrtragenden Struktur, einem Schulbereich, einer Brücke, oder ei ner Kurve der verkehrtragenden Struktur nähert, oder der den Ein- oder Ausgang einer verkehrtragenden Struktur markieren würde, und der als Komponente eines automatischen Hauptverkehrsstraßensystems verwendbar wäre, in dem Fahrzeuge in zugeordneten Fahrspuren automatisch geführt werden.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden anhand der Figuren, der Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen, von Beispielen und der Patentansprüche verdeutlicht.

4. Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1-5 zeigen (vergrößerte) Querschnittansichten fünf verschiedener Ausführungsformen erfindungsgemäßer anpassungsfähiger magnetischer Artikel; .
Fig. 6 zeigt ein schematisches Diagramm eines erfindungsgemäßen Steuerungs- und/oder Führungssystems;
Fig. 7 zeigt eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 8 zeigt einen Graphen zum Darstellen repräsentativer Daten in Verbindung mit der Ausführungsform von Fig. 7. Diese Figuren, die idealisiert und nicht maßstabsgetreu sind, dienen lediglich zur Darstellung und sollen die Erfindung nicht einschränken.

5. Ausführliche Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen

Durch die vorliegende Erfindung werden unter einer Straße oder einer anderen verkehrtragenden Oberfläche unterlegbare anpassungsfähige magnetische Artikel bereitgestellt. "Unterlegt" ist hierin als vollständig vom Material der verkehrtragenden Struktur umgeben definiert. Beispiele von Materialien verkehrtragender Strukturen sind u. a. Basisschichtmaterialien, Asphalt, Kies, Beton, Zement, Ziegel, Holz, Erde und Ton.
Fig. 7 zeigt das allgemeine Konzept der Erfindung. In Fig. 7 bringt eine Bandaufbringungsvorrichtung 28 mit einem erfindungsgemäßen Straßenbelagmarkierungsband 30 eine Lage des Bandes 32 auf der verkehrtragenden Struktur auf. Das Material 33 der verkehrtragenden Struktur wird dann auf dem Straßenbelagmarkierungsband aufgebracht. Das Band kann dann durch einen Sensor 34 erfaßt werden, der auf einem über die verkehrtragende Fläche fahrenden Fahrzeug 36 angeordnet ist.
Der anpassungsfähige magnetische Artikel weist eine Schicht mit permanentmagnetisierbarem Material in einem organischen Bindemittel auf. Diese Schicht ist durch eine hohe Anpassungsfähigkeit bezüglich des umgebenden Materials der verkehrtragenden Struktur und ein hohes Verhältnis der viskosen Dämpfung zur Elastizität gekennzeichnet. Eine solche Schicht unterstützt und trägt dazu bei, daß der erfindungsgemäße Artikel an den umgebenden Flächen besser anhaftet. Die Anpassungsfähigkeit des Artikels trägt dazu bei, daß Nichtübereinstimmungen der thermodynamischen und mechanischen Eigenschaften zwischen der verkehrtragenden Struktur und dem Artikel aufgenommen oder abgestimmt werden.
Der erfindungsgemäße anpassungsfähige magnetische Artikel kann durch eine oder mehrere wahlweise vorgesehene Befestigungseinrichtung in Position gehalten werden. Diese wahlweise vorgesehene Befestigungseinrichtung, die ein chemischer Klehstoff (z. B. ein druckempfindlicher, wärmeempfindlicher, ein Hot-Melt- oder ein Kontaktklebstoff) oder eine mechanische Befestigungseinrichtung sein kann (z. B. ein Nagel, eine Niete, eine Schraube, eine Klammer, ein Stift, usw.), verbessert die Halterung des Artikels an den umgebenden Flächen.
Die Fig. 1-5 zeigen in (vergrößerten) Querschnittansichten fünf nicht einschränkende Ausführungsformen erfindungsgemäßer anpassungsfähiger magnetischer Artikel. Fig. 1 zeigt einen anpassungsfähigen magnetischen Artikel 100 mit einer Polymerbindemittelschicht 4; in der mehrere magnetisch ausrichtbare Magnetpartikel 6 dispergiert sind. Die Kombination aus dem organischen Bindemittel 4 und den magnetischen Partikeln 6 wird hierin als magnetische Schicht 2 bezeichnet.
Fig. 2 zeigt den anpassungsfähigen magnetischen Artikel von Fig. 1 mit einer Klebstoffschicht 8 mit einem anpassungsfähigen magnetischen Artikel 200 mit der gleichen magnetischen Schicht 2 wie bei der Ausführungsform 100 von Fig. 1.
Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen Straßenbelagmarkierungsbänder mit unregelmäßigen Oberflächen (d. h., die Bänder weisen griffigkeitsverstärkende Partikel und/oder Mikrosphären auf). Die Verwendung dieser Bänder kann aufgrund der einfachen Herstellung oder zum Verbessern der Haftung an den umgebenden Flächen vorteilhaft sein.
Fig. 3 zeigt ein alternatives erfindungsgemäßes magnetisches Straßenbelagmarkierungsband mit einer magnetischen Schicht 2, die ein Bindemittel 4 aufweist, magnetischen Partikeln 6, einer wahlweise vorgesehenen Klebstoffschicht 8 und einer vorübergehend an der Klebstoffschicht 8 anhaftenden Deckschicht 10. Die Ausführungsform 300 von Fig. 3 zeigt auch eine zurückstrahlende und rutschsichere Schicht, die aus einerelastischen Vinyl-, Epoxid-, acidischen Olefincopolymer- oder einer Polyurethan-Trägerschicht 12 besteht, die dazu dient, transparente Mikrosphären 14 und unregelmäßig geformte griffigkeitsverstärkende Partikel 16 an der magnetischen Schicht 2 anzuhaften. Diese Mikrosphären und griffigkeitsverstärkenden Partikel können auf allen Seiten des Artikels angeordnet sein. In der dargestellten Ausführungsform 300 kann, indem durch transparente Mikrosphären 14 oder andere Partikel eine unregelmäßige Oberfläche bereitge stellt wird, verhindert werden, daß der Artikel sich innerhalb der verkehrtragenden Struktur verschiebt. Die Trägerschicht 12 ist weniger dick, jedoch im allgemeinen weniger elastisch als die magnetische Schicht 2. Daher werden durch die Trägerschicht 12 trotz der inelastisch verformbaren Natur der unter der Trägerschicht angeordneten magnetischen Schicht und trotz der sehr dünnen Natur der Trägerschicht die gewünschten inelastischen Verformungseigenschaften der magnetischen Schicht, durch die die ausgezeichnete Haltbarkeit erhalten wird, nicht beeinträchtigt, und die Trägerschicht hält trotzdem die Mikrosphären an der Oberseite des Artikels. In exemplarischen Ausführungsformen beträgt die Dicke der magnetischen Schicht 2 mindestens etwa 1/4 mm, vorzugsweise mindestens etwa 1 mm, und vorzugsweise weniger als 3 mm.
Wenn Mikrosphären mit einem Druck, durch den die Mikrosphären in die magnetische Schicht 2 eingebettet würden, bei normaler Raumtemperatur zu einer Probe der Trägerschicht 12 gepreßt werden, die auf einer harten Unterlagsschicht angeordnet ist, werden die Mikrosphären nicht eingebettet, sondern verbleiben auf der Oberfläche der Trägerschicht 12, nachdem der Druck freigegeben wurde. Außerdem haftet die Trägerschicht 12 gut an den zurückstrahlenden Elementen, oder an anderem partikelförmigen Material an, das in sie eingebettet werden soll, was dazu beiträgt zu verhindern, daß diese Partikel in die magnetische Schicht eindringen, wodurch die magnetischen Partikel 6 möglicherweise in einer unerwünschten Richtung ausgerichtet würden. Vinyl-basierte Polymere (Polymere, die mindestens 50 Gew.-% polymerisierte Vinylmonomereinheiten aufweisen) können aufgrund ihrer Zähigkeit und Haltbarkeit in einer Schnellstraßenumgebung besonders geeignete Materialien für die Schicht 12 sein. Außerdem sind vinyl-basierte Polymere tendentiell abriebfest, was dazu beitragen kann, den Artikel innerhalb der verkehrtragenden Oberfläche zu sichern. Auf Vinylpolymeren basierende Trägerschichten werden typischerweise plastifiziert, um eine geeignete Flexibilität bereitzustellen. Andere Trägerschichtmaterialien können Polyurethane, säurehaltige Olefincopolymere oder andere auf dem Fachgebiet bekannte Materialien sein.
Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht einer Ausführungsform 400 eines erfindungsgemäßen anpassungsfähigen magnetischen Straßenbelagmarkierungsbandes. Die Ausführungsform 400 ist mit der Ausführungsform 300 von Fig. 3 im wesentlichen identisch, mit der Ausnahme, daß die Klebstoffschicht 18 ein gewebtes oder ungewebtes faserartiges Material 21 aufweist, das in die Klebstoffschicht eingebettet und durch die Klebstoffschicht impägniert oder durchtränkt ist. Eine Zwischenschicht 20 der in Fig. 4 dargestellten Klebstoffschicht ist zwischen der magnetischen Schicht 2 und dem faserartigen Material 21 angeordnet, und eine andere Zwischenschicht 22 der Klebstoffschicht ist auf der Seite des faserartigen Materials entgegengesetzt von der magnetischen Schicht 2 angeordnet, die die äußere Bodenfläche des erfindungsgemäßen Bandes bildet, obwohl zwischen dem Material 21 und der magnetischen Schicht keinerlei Klebstoff vorhanden sein muß. Auf der Klebstoffschicht 18 kann entgegengesetzt von der magnetischen Schicht 2 ein Abdeckmaterial (nicht dargestellt) angeordnet sein.
Das faserartige Material ist vorzugsweise in der Klebstoffschicht angeordnet und ausreichend porös, und die Fasern sind ausreichend getrennt, so daß der Klebstoff das Material sättigen kann, d. h. einzelne Fasern des Materials umgeben kann. Durch das faserartige Material kann, falls es verwendet wird, die Anpassungsschicht verstärkt oder gestützt werden.
Die Bandausführungsform 400, bei der das faserartige Material vorhanden ist, hat eine Zugfestigkeit von mindestens 0,5 Kilogramm pro Zentimeter Breite und vorzugsweise von mindestens 1 Kilogramm pro Zentimeter Breite. Trotz einer guten Zugfestigkeit sollte die durch alle erfindungsgemäßen Artikel ausgeübte Restkraft so gering sein, daß sie bezüglich Unregelmäßigkeiten der verkehrtragenden Strukturschichten geeignet anpassungsfähig bleiben. Diese Restkraft wird im Eindringungsmodus typischerweise als Kriecherholung beschrieben, wie nachstehend näher erläutert wird.
Obwohl die Ausführungsform 400 des Artikels durch die vorstehend beschriebenen Restkrafteigenschaften charakterisiert ist, zeigt das Verstärkungsmaterial unabhängig von den anderen Teilen des Artikels 400 vorzugsweise selbst solche Eigenschaften.
Bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Artikel, die ein faserartiges Material in einer Klebstoffschicht aufweisen, wird das faserartige Material typischerweise mit einer flüssigen Form des Klebstoffs imprägniert (100% Feststoffe oder weniger), indem das faserartige Material beispielsweise durch eine Messerbeschichtungseinrichtung bewegt wird. Auf diese Weise kann eine ausreichende Klebstoffmenge auf das Verstärkungsmaterial aufgebracht werden, so daß es an der magnetischen Schicht angeklebt werden kann, oder die magnetische Schicht kann mit einer Klebstoffschicht beschichtet werden, bevor das imprägnierte Material aufgebracht wird, und zusätzlicher Klebstoff kann aufgebracht werden, um den unteren Abschnitt der Klebstoffschicht zu bilden.
Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Querschnittansicht einer Ausführungsform 600, die eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen magnetischen Markierung darstellt. Griffigkeitspartikel sind nur an den Seitenflächen und an einem Teil der oberen Fläche der Vorsprünge unter Verwendung eines organischen Bindemittels 26, z. B. eines thermoplastischen oder in Wärme aushärtenden "Partikelverbindungs" -Materials, angeklebt. Ein solches Bindemittel ist ein vinyl-basiertes thermoplastisches Harz mit einem Pigment, wie in der US-A- 4117192 beschrieben. Andere geeignete Partikelverbindungsmäterialien weisen auf: Zweikomponenten-Polyurethane, die durch eine Reaktion von Polycaprolaktondiolen und -triolen mit Derivaten von Hexamethylendiisocyanat gebildet werden; epoxid-basierte Harze, wie in der US-A-4248ß32, in der US-A- 3436359 und in der US-A-3580887 beschrieben; neutralisierte Polyuretharizusammensetzungen, wie in der US-A-4530859 beschrieben; und Polyurethanzusammensetzungen, die aus einem feuchtigkeitsaktivierten Aushärtungsmittel (z. B. Oxazolidinring) und einem Polyisocyanat-Vorpolymer bestehen. In der Schicht 2 sind, wie in den anderen Ausführungsformen der Erfindung, magnetische Partikel 6 vorhanden. Die Vorsprünge haben im allgemeinen eine Höhe von mindestens etwa einem Millimeter und einen Abstand von etwa einem Millimeter. Die erfindungsgemäßen anpassungsfähigen Artikel haben nicht-anpassungsfähige Abschnitte mit oder ohne magnetische Partikel.

Bindemittelmaterialien

Die erfindungsgemäßen Artikel weisen mehrere magnetische Partikel in einem Bindemittel auf, wodurch eine anpassungsfähige magnetische Schicht gebildet wird. Es ist eine ausreichende Menge magnetischer Partikel vorhanden, um ein magnetisches Signal durch eine verkehrtragende Struktur zu einem Sensor zu übertragen. Typische magnetische Partikel sind nichtsphärisch.
In einigen Ausführungsformen organischer Bindemittel, wenn das organische Bindemittel beispielsweise nichtvernetzte Elastomervorgänger aufweist (vergl. z. B. US-A-4490432), werden vorzugsweise herkömmliche Kautschuk- oder Gummiverarbeitungsverfahren verwendet, um die anpassungsfähige magnetische Schicht herzustellen. Typischerweise und vorzugsweise wird in einigen Typen von diskontinuierlich oder kontinuierlich betriebenen Hochleistungs-Gummiknetmaschinen, z. B. ein Banbury-Mischer oder ein Doppelschrauben- oder -schneckenextruder, ein Mischvorgang ausgeführt.
Die anpassungsfähige magnetische Schicht kann durch Kalandrieren zwischen schweren Walzen und anschließendes Trennen auf die gewünschte Breite, direkt durch Extrudieren durch eine Düse oder durch eine Kombination solcher Verfahren hergestellt werden. Wenn das extrudierte Material beim Verlassen der Düse halbflüssig ist, kann die gewünschte magnetische Ausrichtung der magnetischen Partikel erhalten werden, indem das Material am Düsenaustritt einem Permanent- oder einem Elektromagneten ausgesetzt wird. Durch mechanisches Bearbeiten, z. B. durch die während des Extrudierens oder des Kalandrierens auftretende Bearbeitung, und/oder extern angelegte Felder wird die Ausrichtung unterstützt. Durch Ausrichten können die gewünschten magnetischen Eigenschaften erhalten werden. Andere Herstellungs- und Ausrichtungsverfahren sind für Fachleute offensichtlich.
Der Ausdruck "Elastomervorgänger" bezeichnet hierin ein Polymer, das vernetzt, vulkanisiert oder ausgehärtet werden kann, um ein Elastomer zu bilden. Ein "Elastomer" ist ein Material, das ohne zu brechen oder zu reißen mindestens auf seine doppelten Ausgangsmaße streckbar ist und, nachdem die Streckkraft freigegeben wurde, im wesentlichen wieder seine Ausgangsmaße annimmt. Beispiele geeigneter Elastomervorgänger sind Acrylnitrilbutadienpolymere, Neopren, Polyacrylate, Naturkautschuk und Styrolbutadienpolymere. Extenderharze, vorzugsweise halogenhaltige Polymere, z. B. chlorhaltige Paraffine, jedoch auch Kohlenwasserstoffharze, Polystyrole oder Polycyclodiene, sind vorzugsweise in nichtvernetzten Elastomervorgängerbestandteilen vorhanden und sind misch- oder mengbar mit oder bilden eine einzige Phase mit den Elastomervorgängerbestandteilen. Die Extenderharze bilden vorzugsweise mindestens 20 Gew.-% der organischen Komponenten in einer anpassungsfähigen Schicht, wenn dieses Bindemittel verwendet wird.
Geeignete thermoplastische Verstärkungspolymere sind auf dem Fachgebiet der Straßenbelagmarkierung bekannt (z. B. Polyolefine, Vinylcopolymere, Polyether, Polyacrylate, Styrolacrylnitrilcopolymere, Polyester, Polyurethane und Cellulosederivate).
In anderen Ausführungsformen der Erfindung weist die anpassungsfähige Schicht zwei Primärkomponenten auf: ein dehn- oder streckbares thermoplastisches Polymer und nichtverstärkende magnetische Mineralpartikel. Vorzugsweise ist das thermoplastische Polymer ein Polyolefin. Diese Bindemittel sind in der US-A-5194113 allgemein beschrieben.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine anpassungsfähige Schicht mit mikroporösem thermoplastischem Polymer verwendet werden.
Gegebenenfalls können nichtmagnetische Füllstoffe und Extender oder Streckmittel verwendet werden.

Anpassungsfähigkeitstests

Die gewünschten Anpassungseigenschaften eines Materials können durch einen Eindringungs-Kriecherholungstest (vergl. allgemein US-A-5127973) bestimmt werden. In diesem Test, der auf einer isothermischen thermomechanischen Analyse basiert, wird eine Sonde mit einer Probe des zu testenden Materials in Kontakt gebracht, eine Last auf die Sonde aufgebracht, und das Eindringen der Sonde in die Probe überwacht. Nach einer bestimmten Zeitdauer wird die Last von der Sonde ent fernt, und die Sondenposition wird überwacht, während der Probe ermöglicht wird, sich zu etholen. Der Test wird typischerweise in einer Heliumatmosphäre unter Verwendung eines thermodynamischen Analysatormoduls ausgeführt, das durch eine Temperaturprogrammiereinrichtung gesteuert wird, z. B. unter Verwendung eines thermodynamischen Analysators des Typs Perkin Eimer TMS-1, der durch eine Temperaturprogrammiereinrichtung des Typs Perkin Eimer DSC-2 gesteuert wird. Es wird eine Kegelkopf-Eindringsondenanordnung verwendet, wobei der Probenspitzendurchmesser festgelegt ist (er beträgt bei einer Vorrichtung des Typs Perkin Eimer typischerweise 1 mm).
Die Proben der zu testenden Materialien haben eine Dicke von etwa 0,8 mm und eine Fläche von etwa 3 mm · 3 mm. Die Probe wird auf einer kleinen Aluminiumschale angeordnet, die auf einem Probentisch des thermomechanischen Analysators angeordnet wird.
Eine Last von einem Gramm wird auf der Sonde angeordnet, und die Sonde wird freigegeben und ihr wird ermöglicht, auf die Probe zu fallen. Nach etwa 3 bis 5 Sekunden des Kontakts mit der Probe wird die Last von einem Gramm entfernt, und der Probe wird ermöglicht, sich zu erholen. Dadurch ruht die Sondenspitze in einem Nulllastzustand auf der Probe. Die Temperatursteuerungskammer des thermomechanischen Analysators wird angehoben, um den Probentisch zu umschließen und die Probe bei einer gewünschten Testtemperatur (im allgemeinen etwa Raumtemperatur oder eine Temperatur bis 30ºC) in ein thermisches Gleichgewicht zu bringen. Der Probe wird ermöglicht, für etwa fünf Minuten einen Gleichgewichtszustand bei der Testtemperatur anzunehmen, wobei die Sonde noch immer in einem Nullastzustand mit der Probenoberfläche in Kontakt steht.
Dann beginnt die Datenerfassung der Sondenposition, wobei die Sonde noch immer eine Nullast ausübt, um eine Nullast-Grund- oder Bezugslinie zu erhalten. Nach einer kurzen Zeitdauer von etwa 20 Sekunden wird eine Masse von 20 Gramm auf der Sonde angeordnet, und die Sondenablenkung wird überwacht, während sie in die Probe eindringt. Die Last wird für zwei Minuten auf der Probe gelassen, woraufhin die 20 g- Masse von der Sonde entfernt wird, um erneut einen Nullastzustand für den Erholungsschritt des Tests zu erhalten. Die Probenerholung wird für mindestens zwei weitere Minuten überwacht. Das Eindringmaß nach zwei Minuten nachdem die Last aufgebracht wurde, und der Prozentanteil der Erholung nach zwei Minuten nachdem die Last entfernt wurde, werden gemäß den im Experiment erhaltenen Kriecherholungsdatenkurven bestimmt.
Wenn der vorstehende Test ausgeführt wird, dringt eine Sonde mit einem Durchmesser von 1 mm in geeignete anpassungsfähige Schichten im allgemeinen mindestens 0,05 mm und vorzugsweise mindestens 0,08 mm ein. Die Eindringtiefe in die obere Schichtlage beträgt im beschriebenen Test in einigen Ausführungsformen der Erfindung weniger als 0,05 mm.
Um die elastische Erholung, durch die sich das Lagen- oder Schichtmaterial von den umgebenden Flächen der verkehrtragenden Struktur lockern würde, zu minimieren, sollte die anpassungsfähige Schicht sich, nachdem die Last entfernt wurde, um nicht mehr als 65% der Tiefe erholen, über die die Sonde eingedrungen ist, und vorzugsweise um nicht mehr als 50% der Eindringtiefe.
In Übereinstimmung mit der vorstehend diskutierten Anpassungsfähigkeit besteht die anpassungsfähige Schicht vorzugsweise aus einem streck- oder fließfähigen Material Beispielsweise ist die anpassungsfähige Schicht vorzugsweise um mindestens 50% streckbar, bevor sie für eine 1 cm breite Probe bei einer Dehnungsrate von 0,05 s&supmin;¹ reißt oder bricht.
Ein anderer Test, der zum Anzeigen der Anpassungsfähigkeit geeignet ist, ist eine inelastische Verformung. Beispielsweise besitzen Artikel mit einer Schicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie bei einem Test unter Verwendung einer Standard-Zugfestigkeitstestvorrichtung eine inelastische Verformung (ID) von mindestens 25% aufweist, nachdem sie einmal auf 115% der Probenausgangslänge gestreckt wurden, eine ausreichende Anpassungsfähigkeit. In einem weiteren Sinne kann eine Schicht verwendet werden, die durch eine inelastische Verformung (ID) von mindestens 25% gekennzeichnet ist, nachdem sie auf 115% ihrer Ausgangslänge der Lagenkonstruktion gestreckt wurde, obwohl der gesamte Artikel eine geringere inelastische Verformung aufweisen kann. Vergl. z. B. US-A-5082715.
Inelastische Verformung kann unter Verwendung des folgenden Verfahrens getestet werden. Ein Teststreifen (Standardstreifengröße für Zugfestigkeitstest) wird in einer Zugfestigkeitstestvorrichtung (z. B. mit einer Rate von 300%/min) gezogen, bis er sich um einen vorgegebenen Wert, z. B. 15%, gestreckt hat. Die Verformung wird umgekehrt, wodurch die Zugbelastung auf null abnimmt. Bei wiederholter Zugverformung wird keine Kraft beobachtet, bis die Probe erneut gespannt wird. Die Streckung oder Dehnung, bei det bei einem zweiten Ziehvorgang zuerst eine Kraft beobachtet wird, ist ein Maß dafür, ein wie großer Anteil der ersten Verformung permanent war. Diese Streckung oder Dehnung, dividiert durch die erste (z. B. 15%) Verformung ist als inelastische Verformung (ID) definiert. Ein vollkommen elastisches Material oder Gummi würde eine inelastische Verformung von 0% aufweisen. In den für die Erfindung geeigneten anpassungsfähigen Materialien ist eine geringe Verformungsbelastung und eine inelastische Verformung von mehr als 25%, vorzugs Weise mehr als 35% und noch bevorzugter mehr als 50% kombiniert.
Als einfacherer Test und basierend auf ihrer Erfahrung können Fachleute auf dem Gebiet der Straßenbelagmarkierung im allgemeinen bestimmen, wenn eine bestimmte Probe eines anpassungsfähigen Schichtmaterials die gewünschte Kriecherholung und die gewünschten inelastischen Eigenschaften zeigt, indem die Probe einfach gehandhabt und mit einem Finger geprüft wird. Solche "Hand" -eigenschaften werden häufig in einem täglichen Prüfvorgang verwendet.

Magnetische Partikel

Die wahrscheinlichste Wahl von magnetischem Material ist eine Zusammensetzung aus Partikeln eines in einer Matrix eines organischen Bindemittels dispergierten permanentmagnetischen Materials. Fachleuten auf dem Gebiet magnetische Materialien sind viele Arten remanent magnetisierbarer magnetischer Partikel bekannt.
Die Hauptachsenlänge solcher in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung geeigneten Partikel (definiert als maximale Länge in beliebiger Richtung) beträgt etwa 1 mm bis herab zu 10 nm. Der bevorzugte Bereich ist etwa 200 nm bis herab zu etwa 0,1 um. Die Sättigungsmagnetisierung der magnetischen Partikel kann im Bereich von etwa 10 bis etwa 250 emu/g (elektromagnetische Einheiten/Gramm) liegen und ist vorzugsweise größer als 50 emu/g. Die Koerzitivkraft solcher Partikel kann im Bereich von etwa 100 bis etwa 20000 Oersted liegen, vorzugsweise im Bereich von etwa 200 bis etwa 5000 Oersted. Partikel mit einer Koerzitivkraft von weniger als etwa 200 Oersted werden zu leicht zufällig entmagnetisiert, während für Partikel mit einer Koerzitivkraft von mehr als 5000 Oersted eine relativ große Vorrichtung erforderlich ist, um sie vollständig zu magnetisieren.
Der erfindungsgemäße Artikel kann Abschnitte mit alternierender Polarität entlang der Artikellänge aufweisen.
Eine Klasse von Hochleistungs-Permanentmagnetpartikeln sind Seltenerdmetallegierungsmaterialien. Beispiele der Beimischung solcher Partikel in ein Polymer-Bindemittel sind in der US-A-4497722 dargestellt, in der die Verwendung von Samarium-Kobalt-Legierungspartikeln beschrieben ist, und in der EP-A-260870, in der die Verwendung von Neodym-Eisen-Bor- Legierungspartikeln beschrieben ist. Solche Partikel sind für diese Anwendung nicht die bevorzugtesten, weil die Legierungen relativ teuer sind; die Legierungen können, wenn sie einer langen Freibewitterung ausgesetzt sind, übermäßig korrodieren; und die Koerzitivkraft solcher Legierungen ist typischerweise größer als 5000 Oersted.
Es könnten viele andere Arten von Permanentmagnetpartikeln aus Metall oder einer Metallegierung verwendet werden, sie sind iedoch nicht die bevorzugtesten. Sie weisen Alnico (Aluminium-Nickel-Kobalt-Eisen-Legierung), Eisen, Eisen- Kohlenstoff-, Eisen-Kobalt-, Eisen-Kobalt-Chrom-, Eisen- Kobalt-Molybdän-, Eisen-Kobalt-Vanadium-, Kupfer-Nickel- Eisen-, Mangan-Wismut-, Mangan-Aluminium- und Kobalt-Platin- Legierungen auf.
Die bevorzugtesten magnetischen Materialien sind von der Klasse stabiler magnetischer Oxidmaterialien, die als Magnetferrite bekannt sind. Ein besonders bevorzugtes Material ist die hexagonale Phase der allgemein als Bariumhexaferrit bekannten Magnetoplumbitstruktur, die im allgemeinen als flache hexagonale Plättchen hergestellt wird. Strontium und Blei können für das Barium teilweise oder vollständig ersetzt werden, und Eisen kann teilweise durch viele andere Elemente ersetzt werden. Daher ist Strontiumhexaferrit ebenfalls ein bevorzugtes Material. Eine andere Klasse bevorzugter Materialien sind kubische Ferrite, die manchmal als ku bische Partikel hergestellt werden, jedoch häufiger als längliche, nadelförmige oder nadelkristallförmige Partikel. Beispiele sind Magnetit (Fe&sub3;O&sub4;), Magnemit oder Gamma- Eisen(III)-oxid (Fe&sub2;O&sub3;), Zwischenstufen dieser beiden Zusammensetzungen und cobalt-substituierte Modifikationen der beiden Zusammensetzungen oder ihrer Zwischenstufen. All diese magnetischen Ferrite werden relativ kostengünstig in großen Mengen hergestellt und sind, wenn sie einer langen Freibewitterung ausgesetzt sind, stabil. Ihre Koerzitivkraft fällt in den bevorzugtesten Bereich von 200 bis 5000 Oersted.
Chromdioxid ist ein anderes alternatives Material, das aufgrund seiner geringen Curietemperatur, wodurch die thermoremanenten Magnetisierungsverfahren erleichtert werden, für die magnetischen Partikel in der Erfindung geeignet sein kann.
Die magnetischen Partikel sind im allgemeinen mit einem hohen Mischungsanteil in der Polymermatrix dispergiert. Die magnetischen Partikel bilden mindestens 1 Vol.-% der magnetischen Schicht, wobei es schwierig ist, Partikel in einer Menge von mehr als 75 Vol.-% des Materials beizumischen. Der anpassungsfähige magnetische Artikel weist ein Bindemittel auf, das mindestens 30 Vol.-% magnetische Partikel enthält. Ein bevorzugter Mischungsanteil wäre etwa 30 bis 60 Vol.-%, bevorzugtet etwa 45 bis etwa 55 Vol.-%. Um die höchste remanente Magnetisierung zu erhalten, sind die Partikel vorzugsweise im wesentlichen anisotrope Partikel in der Größe Weißscher Bezirke, und die bevorzugten magnetischen Achsen einer ausreichenden Anzahl der Partikel sind im wesentlichen parallel ausgerichtet, um das magnetische Material selbst anisotrop zu machen.
Ferrite, insbesondere Barium, Blei und Strontiumferrite, allgemein in einer grob plattenförmigen Ausführungsform mit senkrecht zu den allgemeinen Plattenebenen ausgerichteten bevorzugten magnetischen Achsen, sind als Partikelmaterialien bevorzugt. Es können jedoch auch andere Materialien mit permanentmagnetischen Eigenschaften verwendet werden, z. B. Eisenoxidpartikel oder Partikel aus Mangan-Wismut oder gegen Oxidation geschütztes Eisen.
Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist und vorstehend erwähnt wurde, kann die Ausrichtung der magnetischen Partikel durch physisches Ausrichten (z. B. Kalandrieren) der Partikel optimiert werden.
Für einen exemplarischen magnetischen Artikel mit einer Breite von etwa 10 cm und einer mittleren Magnetschichtdicke von etwa 0,1 cm beträgt das Magnetfeld an der Oberfläche des Artikels etwa 10 Gauß, in einem Abstand von etwa 5 cm etwa 5 Gauß, in einem Abstand von etwa 10 cm etwa 2 Gauß und in einem Abstand von etwa 15 cm etwa 1 Gauß. Daher würde, wenn das Band etwa 10 cm unter einer verkehrtragenden Struktur verlegt würde, die magnetische Feldstärke an der verkehrtragenden Oberfläche etwa 2 Gauß betragen und ist damit vermutlich für die Erfassung durch einen Sensor ausreichend. In Abhängigkeit vom den zum Herstellen des Artikels verwendeten Material und Verfahren können durch den magnetischen Artikel auch stärkere oder schwächere Magnetfelder erzeugt werden.
Der magnetische Artikel kann außerdem Vorsprünge oder andere topographische Merkmale aufweisen, die dazu beitragen, zu verhindern, daß der Artikel sich innerhalb der verkehrtragenden Struktur verschiebt, nachdem er unterlegt wurde. In einer noch anderen Ausführungsform des unterlegten magnetischen Artikels weist der Artikel ein sich in Längsrichtung erstreckendes Band oder einen Streifen auf, in dem mehrere Perforierungen entlang der Bandlänge ausgebildet sind. Durch die Perforierungen wird ermöglicht, daß das Material der verkehrtragenden Struktur durch den Streifen fließen kann, wodurch eine noch bessere mechanische Verankerung innerhalb der verkehrtragenden Struktur erhalten wird. Auf diese Weise kann die Wahrscheinlichkeit einer Verbiegung oder Rißbildung in der verkehrtragenden Struktur reduziert werden.

Installationsverfahren

Die erfindungsgemäßen magnetischen Artikel werden unter einer vorhandenen verkehrtragenden Oberfläche oder innerhalb einer neuen verkehrtragenden Oberfläche verlegt.
Die Anpassungsfähigkeit des erfindungsgemäßen magnetischen Artikels ist besonders nützlich, wenn der Artikel an eine verkehrtragende Struktur nachträglich angepaßt wird. Bei solchen Anwendungen wird ein Abschnitt einer vorhandenen verkehrtragenden Struktur typischerweise abgeschliffen oder aufgetrennt und das Abfallmaterial entfernt. Der freigelegte Abschnitt der verkehrtragenden Struktur ist häufig nicht glatt, so daß durch die Anpassungsfähigkeit des erfindungsgemäßen magnetischen Artikels ermöglicht wird, daß der Artikel sicherer mit der Bodenfläche des freigelegten Abschnitts verbunden werden kann. Der freigelegte Abschnitt kann dann mit einem Ausbesserungsmaterial vergossen oder verfüllt werden, wodurch der magnetische Artikel unter der verkehrtragenden Struktur verlegt oder unterlegt wird. Die Inelastizität ist eine wichtige Eigenschaft, weil eine verkehrtragende Struktur, und insbesondere Asphaltzementbeton (herkömmlich als Schwarzdecke oder Asphalt bekannt), durch Fahrzeuge ausgeübte Kräfte auf jeden in einer verkehrtragenden Struktur eingebetteten Gegenstand überträgt. Wenn ein eingebetteter Artikel bezüglich des Materials der verkehrtragenden Struktur elastisch ist, kann die verkehrtragende Struktur sich verformen und zur ausgeübten Kraft hin zurückfedern und schließlich auseinanderbrechen, was offensichtlich uner wünscht ist. Daher ist im Zusammenhang mit dieser und anderen Ausführungsformen ein irreversibel verformbarer magnetischer Artikel erwünscht.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Unterlegen des Artikels kann jedoch in Verbindung mit der Konstruktion neuer verkehrtragender Strukturen angewendet werden. Verkehrtragende Strukturen werden typischerweise durch Aufeinanderschichten mehrerer Materialschichten oder -lagen konstruiert. Beispielsweise weist eine typische Asphaltstraßenkonstruktion typischerweise eine Unterlagsschicht aus zerkleinertem Gestein auf, auf der drei oder vier Schichten verschiedener Grade oder Qualitätsstufen von Asphalt aufgebracht werden können. Die Asphaltschichten können etwa 2 bis 20 cm dick sein, so daß die fertige verkehrtragende Struktur eine Verbund- oder Laminatstruktur aus den verschiedenen Schichten ist. In der bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Verlegen oder Unterlegen eines magnetischen Artikels unter einer verkehrtragenden Struktur wird der magnetische Artikel als kontinuierlicher Streifen in einer gewünschten Position auf der vorletzten Schicht der verkehrtragenden Struktur angeordnet, so daß die letzte Schicht der verkehrtragenden Struktur sowohl die vorletzte Schicht als auch den magnetischen Artikel bedeckt. Dadurch wird der magnetische Artikel unter der verkehrtragenden Oberfläche verlegt und ist vor Fahrzeugverkehr geschützt, und der magnetische Artikel ist dennoch ausreichend nahe an der fertigen Oberfläche der verkehrtragenden Struktur angeordnet, um zu ermöglichen, daß die magnetischen Signale durch einen auf einem Fahrzeug angeordneten Sensor erfaßbar sind. Obwohl es bevorzugt ist, den magnetischen Artikel unter nur einer Schicht einer mehrschichtigen verkehrtragenden Struktur zu verlegen, kann der Artikel in einer beliebigen Tiefe innerhalb der verkehrtragenden Struktur oder unter einer beliebigen Anzahl von Schichten der verkehrtragenden Struktur verlegt werden, es ist lediglich erforderlich, daß ein Sensor in der Lage ist, ein magnetisches Signal vom Artikel zu empfangen.
Der magnetische Artikel kann auch unter einer verkehrtragenden Oberfläche verlegt werden, indem eine Basis (die hierin als beliebige Komponenten der verkehrtragenden Struktur unter der verkehrtragenden Oberflächenschicht definiert ist) für die verkehrtragende Struktur bereitgestellt wird, der Artikel an einer Position auf oder über einem Abschnitt der Basis angeordnet wird und dann ein Straßenbelagmaterial, z. B. Portland-Zementbeton (herkömmlich als Beton bekannt) über dem Artikel und der Basis aufgebracht wird. Dadurch wird der Artikel in der verkehrtragenden Struktur eher suspendiert als vollständig darunter verlegt, obwohl das letztgenannte Verfahren ebenfalls möglich ist. Der magnetische Artikel kann auch unter einer Kiesstraße verlegt werden, indem entweder eine Furche in einer vorhandenen Kiesstraße ausgebildet und der Artikel dann unter der fertigen Oberfläche der verkehrtragenden Struktur verlegt wird, oder indem der Artikel auf der Unterschicht einer neuen Kiesstraße verlegt wird, bevor die letzte(n) Schicht(en) der verkehrtragenden Struktur aufgebracht wird (werden).
In einer anderen Ausführungsform können Pflastersteine oder -ziegel als Material der verkehrtragenden Struktur verwendet und auf der vorbereiteten Basisschicht angeordnet werden.
Der erfindungsgemäße kontinuierliche magnetische Artikel kann entweder von Hand oder durch eine Maschine auf die verkehrtragende Struktur aufgebracht werden. Die Maschine kann der Straßenpflasterungsmaschine vorausfahren oder am vorderen Ende der Straßenpflasterungsmaschine angeordnet sein, so daß der kontinuierliche magnetische Artikel auf die verkehrtragende Struktur aufgebracht wird, bevor die letzte Schicht oder die letzten Schichten der verkehrtragenden Struktur aufgebracht werden.
Die erfindungsgemäßen magnetischen Artikel können als Teil einer verkehrtragenden Struktur unter Verwendung einer beliebigen von verschiedenen Vorrichtungen, z. B. von Hand schiebbaren Abgabevorrichtungen, "hinter einem Kraftwagen" montierten Abgabevorrichtungen, und "in einen Kraftwagen eingebaute" Abgabevorrichtungen, installiert werden. In der US-A-4030958 wird eine geeignete "hinter einem Kraftwagen" montierte Abgabevorrichtung zum Aufbringen der erfindungsgemäßen Artikel in Form klebstoffunterlegter Bänder auf die Oberfläche beschrieben, und in der US-A-4623280 wird eine manuelle Bandaufbringvorrichtung beschrieben.
Nach dem Aufbringen des anpassungsfähigen magnetischen Artikels auf die gewünschte Oberfläche wird eine weitere Schicht des Materials der verkehrtragenden Struktur aufgebracht, um den Artikel unter der oberen Fläche der vekehrtragenden Struktur zu verlegen bzw. zu unterlegen.
Die erfindungsgemäßen anpassungsfähigen magnetischen Artikel können in verschiedenen Tiefen verlegt werden. Es können andere Vorrichtungen oder Verfahren zum Installieren der erfindungsgemäßen Artikel verwendet werden, z. B. ein einfaches manuelles Aufbringverfahren oder die vorstehend erwähnten mechanischen Befestigungsvorrichtungen.

Führungssysteme

Durch die Erfindung wird außerdem ein System zum Führen von sich auf einer Straße, durch ein Warenhaus oder eine ähnliche Einrichtung bewegenden Fahrzeugen oder mobilen Objekten bereitgestellt. Die primären Komponenten des erfindungsgemäßen Systems sind die unter einer verkehrtragenden Oberfläche verlegten, erfindungsgemäßen anpassungsfähigen magnetischen Artikel und ein System zum Erfassen des durch den Artikel erzeugten Magnetfeldes. Ein typisches Sensorsystem weist eine Sensorvorrichtung und eine Führungsvorrichtung auf. Fig. 6 zeigt ein zum Führen eines personenbetätigten Fahrzeugs geeignetes typisches erfindungsgemäßes Seitenpositionsanzeigesystem.
Der erfindungsgemäße magnetische Artikel wird außerdem nicht mit Leistung oder Energie versorgt, d. h. der magnetische Artikel benötigt keine externe Leistungsquelle, um ein Signal auszusenden oder zu empfangen. Diesbezüglich unterscheidet sich die vorliegende Erfindung von mit Leistung versorgten eingebetteten Artikeln, z. B. von solchen Artikeln, die typischerweise dazu verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Fahrzeug auf einer Straße an einer Kreuzung, z. B. an einer roten Verkehrsampel, angehalten hat. Derartige eingebettete Sensoren unterscheiden sich außerdem von der vorliegenden Erfindung dadurch, daß für die erstgenannten Sensoren elektrische Leistung erforderlich ist, während die letztgenannten Sensoren eine nicht mit Leistung versorgte magnetische Feldquelle darstellen. Für den erfindungsgemäßen, nicht mit Leistung versorgten magnetischen Artikel ist außerdem eine geringere Installationszeit und ein geringerer Wartungsaufwand erforderlich, er erfordert keine Betriebskosten und kann an entfernten Stellen verwendet werden, wo eine Spannungsversorgung nicht leicht verfügbar ist. Daher hat der erfindungsgemäße, nicht mit Leistung versorgte magnetische Artikel im Vergleich zu herkömmlichen eingebetteten, mit Leistung versorgten Artikeln mehrere Vorteile.

Sensoren

Es sind zahlreiche Sensoren und Signalwandler verfügbar, um das magnetische Signal von den erfindungsgemäßen Artikeln in ein zur Weiterverarbeitung geeignetes elektrisches Signal umzuwandeln. Beispiele solcher Sensoren sind Fluxga te-Magnetometer, Hall-Effekt-Sensoren und Halbleiter- Magnetowiderstand (MR) -sensoren.
Ein mögliches Problem betrifft die Unterscheidung des Führungssignals von durch Stahlverstärkungsträger, andere Fahrzeuge und ähnliche Ursachen erzeugtem magnetischem "Rauschen". Wenn der erfindungsgemäße Artikel in einem regulären alternierenden Muster oder in einem "uneinheitlichen" Muster magnetisiert ist, wird das magnetische Signal mit einer der Fahrzeuggeschwindigkeit proportionalen Frequenz periodisch sein. Dann können moderne Signalverarbeitungsverfahren verwendet werden, um das Signal mit einer bekannten Frequenz vom Rauschen zu extrahieren.
Der Sensor wird in einer zum Messen des durch das unterlegte erfindungsgemäße Band erzeugten Magnetfelds geeigneten Position angeordnet.
Am Fahrzeug befestigte magnetische Sensoren können das Feld in einer, in zwei oder in allen drei Richtungen bestimmen. Das Signal von einem Sensor oder eine mathematische Kombination aus zwei oder drei Feldkomponenten kann verwendet werden, um ein Signal zu berechnen, das mit dem Seitenabstand eines Fahrzeugs von erfindungsgemäßen Artikeln in Beziehung gebracht werden kann.
Durch Magnetisieren des Streifens in einem komplizierteren Muster können zusätzliche Informationen codiert werden. Beispielsweise könnten Informationen über die Richtung und den Radius einer kommenden Kurve der Straße oder über die Neigung einer kommenden Steigung bzw. eines Gefälles für eine vorwärts gekoppelte Steuerung (feed-forward control) der Seitenposition und der Geschwindigkeit des Fahrzeugs verwendet werden. Als Teil eines Fahrzeugnavigationssystems könnten Positionscodes bereitgestellt werden.

Anzeigeeinrichtung

Beispiele von Anzeigeeinrichtungen sind ein Horn- oder eine Hupsignal, ein Meßinstrument, ein Pfeifsignal, eine Flüssigkristallanzeige (LCD), ein Bildschirm, Licht, eine Kombination dieser Einrichtungen oder Signale und ähnliche. In einer bestimmten Situation können eine oder mehr Anzeigeeinrichtungen erwünscht sein.

Führungseinrichtung

In der vorliegenden Erfindung kann eine elektronische Steuerungseinrichtung als Führungseinrichtung verwendet werden.

7. Beispiele

Die erfindungsgemäßen Artikel und Systeme werden unter Bezug auf die folgenden Beispiele näher erläutert, wobei alle Teile und Prozentangaben, falls nicht anders spezifiziert, gewichtsbezogen sind.
Tabelle der Komponenten
Die folgenden Materialien wurden in den Beispielen verwendet.

Beispiel 1

Ein erfindungsgemäßer anpassungsfähiger Artikel wurde durch gründliches Vermischen der folgenden Bestanteile in einem Banbury-Innenmischer hergestellt.
Die Mischung wurde, nachdem sie eine Temperatur von 146ºC erreichte, vom Mischer auf eine Zweiwalzen-Gummimühle abgesenkt. Das Material wurde von der Gummimühle als Lagenmaterial entnommen und durch einen Zweiwalzenkalander geführt, um ein Lagenmaterial mit einer Dicke von etwa 1, 4 mm zu erhalten.
Das Lagenmaterial wurde gemäß einem in der US-A-5227221 (Spalte 2, Zeilen 47-65) beschriebenen Verfahren geprägt, um ein anpassungsfähiges magnetisches Lagenmaterial mit mehreren von einer seiner Hauptflächen hervorstehenden Vorsprünge zu erhalten. Das geprägte Lagenmaterial hatte eine Dicke von etwa 0,5 mm in den Vertiefungen zwischen den Vorsprüngen und eine Dicke von etwa 1, 6 mm an den Vorsprüngen. Eine diskontinuierliche Lage aus flüssigem Partikelverbindungsmaterial wurde unter Verwendung des in der US-A-5227221 beschriebenen Verfahrens auf die Oberseiten und die Seiten der Vorsprünge des geprägten Lagenmaterials aufgebracht. Das Partikelverbindungsmaterial war das gleiche wie das in der US-A-5227221 (Spalte 4, Zeilen 20-39) beschriebene Polyurethanperlenver bindungsmaterial mit der Ausnahme, daß die Pigmentdispersion gemäß der folgenden Zusammensetzung hergestellt wurde:
Die Oberfläche der mit Partikelverbindungsmaterial beschichteten Vorsprünge wurde mit haltbaren schwarzen, kugelförmigen griffigen Partikeln des von Carbo Ceramics, New Iberia, Louisiana unter der Handelsbezeichnung CARBOLITE und CARBOPROP erhältlichen Typs bespritzt. Die Partikel wurden so aufgebracht, daß sie teilweise in das flüssige Partikelverbindungsmaterial eingebettet wurden. Das flüssige Partikelverbindungsmaterial wurde verfestigt, wie in der US-A- 5227221 beschrieben, indem das Lagenmaterial bei einer Temperatur von etwa 175ºC für eine Verweilzeit von etwa 10 Minuten durch einen Ofen transportiert wurde.
Eine Schicht aus druckempfindlichem Gummiharzklebstoff mit einer Dicke von etwa 125 um wurde auf die Unterseite des Lagenmaterials auflaminiert. Das Lagenmaterial hatte eine Handeigenschaft anpassungsfähiger Straßenbelagmarkierungsbänder und war den Bändern der STAMARKTM Serie 380, Straßenbelagmarkierungsband, und STAMARKTM Serie 385, nichtreflektierendes Verbindungsstellenabdeckband, erhältlich von Minnesota Mining and. Manufacturing Co. (3M), St. Paul, Minnesota, ähnlich. Das Lagenmaterial war visuell dem Produkt STA- MARKTM 385 ähnlich, außer daß die Farbe der nicht partikelbe schichteten Bereiche zwischen den Vorsprüngen nicht schwarz, sondern purpurähnlich dunkelbraun war.

Beispiel 2

Die Probe wurde wie in Beispiel 1 beschrieben vorbereitet, außer daß die Beschichtung des Partikelverbindungsmaterials und die griffigen Partikel weggelassen wurden. Die Probe hatte eine ähnliche Handeigenschaft wie Beispiel 1. Die Probe war für eine Verlegung unter einer Schicht aus Straßenbelagmaterial geeignet.

Beispiel 3

Dieses Beispiel wurde auf die gleiche Weise vorbereitet wie Beispiel 2, außer daß das kalandrierte Lagenmaterial nicht geprägt wurde. Die Probe hatte eine ähnliche Handeigenschaft wie die in der US-A-4490432 beschriebenen anpassungsfähigen Lagenmaterialien. Die Probe war für eine Verlegung unter einer Schicht aus Straßenbelagmaterial geeignet.

Beispiel 4

Das Lagenmaterial von Beispiel 1 wurde magnetisiert, indem das Lagenmaterial zwischen den Magnetpolen einer Permanentmagnetanordnung hindurchbewegt wurde. Das Magnetisierungsfeld betrug etwa 10000 Gauß (1 Tesla), und die erhaltene permanente Magnetisierung des Lagenmaterials betrug etwa 120 elektromagnetische Einheiten je Kubikzentimeter (120 kA/m).

Beispiel 5

Das Lagenmaterial von Beispiel 1 wurde magnetisiert, indem eine Bahn des Lagenmaterials zwischen den Magnetpolen einer Elektromagnetanordnung hindurchbewegt wurde. Das Magnetisierungsfeld betrug etwa 10000 Gauß (1 Tesla). Die er haltene permanente Magnetisierung des Lagenmaterials betrug etwa 120 elektromagnetische Einheiten je Kubikzentimeter (120 kA/m). Ein Längencodierer maß die Länge des zwischen den Polen des Elektromagneten hindurchbewegten Bahnenmaterials. Nachdem eine feste Länge des Bandbahnenmaterials, typischerweise zwischen 0,9 und 3,0 m, zwischen den Polen hindurchbewegt wurde, wurde die Stromflußrichtung automatisch umgekehrt, wodurch die Magnetisierungsrichtung des Bandes umgekehrt wurde.
Das Magnetfeld des Lagenmaterials dieses Beispiels wurde in der Nähe der oberen Fläche des Lagenmaterlals gemessen, wie in der folgenden Tabelle dargestellt ist.

Abstand über dem Lagenmaterial (cm) Magnetische Feldstärke (Gauß)

0 (Oberflächenmessung) 10
5 5
10 2
15 1

Beispiel 6

Ein magnetisches Lagenmaterial könnte gemäß den zum Herstellen des Artikels von Beispiel 1 verwendeten Schritten mit dem zusätzlichen Schritt zum vollständigen Ausstanzen einer Reihe von Löchern durch das Lagenmaterial hergestellt werden. Der Lochdurchmesser sollte groß genug sein, vorzugsweise etwa 5 mm oder mehr, bevorzugter 8 mm oder mehr, um zu ermöglichen, daß Straßenbelagmaterial durch das Lagenmaterial fließen und mit der darunterliegenden Straßenbasis in Kontakt kommen und sich mit ihr verbinden kann. Der Artikel könnte gemäß den in den Beispielen 4 und 5 verwendeten Verfahren magnetisiert werden.

Beispiel 7

Eine Schicht aus Asphaltmaterial wurde auf die Kiesunterlagsschicht eines Straßenbetts aufgebracht und festgestampft. Eine Rolle des gemäß Beispiel 6 vorbereiteten Lagenmaterials wurde auf die obere Fläche der Asphaltschicht aufgebracht, während der Asphalt noch heiß war (etwa 65 bis 95ºC) und in Position gestampft, indem eine Person auf dem Lagenmaterial entlangging. Das Lagenmaterial hatte eine Breite von 10,2 cm und eine Länge von 55 m. Das Lagenmaterial hatte ein Magnetisierungsmuster von alternierenden Nord- und Südpolen, die nach oben gerichtet waren, wobei die Feldrichtung sich alle 2,13 m änderte. Eine Schicht aus Asphaltbetonzementmaterial wurde über dem Magnetstreifen und die darunterliegende Basis aufgebracht, um einen erfindungsgemäßen unterlegten anpassungsfähigen Artikel zu erhalten. Die Asphaltschicht war etwa 4 cm dick, und die Temperatur des aufgebrachten Materials betrug etwa 120ºC.
Das vom Streifen ausgehende Magnetfeld war durch die Asphaltschicht durch einen einfachen Kompaß oder einen drehbaren Stabmagneten sowie durch verschiedenartige Magnetometer nachweisbar. Die bezüglich des Erdmagnetfeldes korrigierte magnetische Netto-Feldstärke über der Mittellinie des Streifens betrug 6 Gauß (600 Mikrotesla), wie durch Messen durch ein handgehaltenes digitales Gauß/Tesla-Meßgerät Modell 4048, erhältlich von F. W. Bell Inc., Orlando, Florida, nachgewiesen wurde.

Beispiel 8

Der Magnetstreifen von Beispiel 7 wurde unter einem Straßenbelag angeordnet, wobei die Längsausrichtung des Streifens allgemein in Ost-Westrichtung bzw. in Nord- Südrichtung verlief. Das Magnetfeld des unterlegten Magnet streifens wurde während einer Fahrt entlang der Länge des unterlegten Streifens in einer Höhe von 30,5 cm über der Straßenbelagoberfläche in einem Seitenabstandbereich von 4 cm bis 1,2 m gemessen. Die Fahrtgeschwindigkeit betrug etwa 1,07 m/s in östlicher Richtung. Die Umgebungslufttemperatur betrug etwa 24ºC, und die Straßenbelagoberflächentemperatur betrug etwa 35ºC.
Fig. 8 zeigt einen Graphen repräsentativer Daten von Messungen in der X-, der Y- bzw. der Z-Richtung bei einer Fahrt in einem Seitenabstand von 0,6 m südlich des Streifens. Die X-Richtung ist die Fahrtrichtung (Ost). Die Y- Richtung verläuft quer zum Streifen (Nord). Die Z-Richtung ist die vertikale Höhe (nach oben).
Amplituden der magnetischen Feldstärke wurden aus den Daten für jeden von mehreren Durchgängen bei Seitenabständen von 4 cm bis 1,2 m durch Messen der Doppelamplitude der Wellenform und Dividieren durch zwei, um die Polumkehr für jede Richtung X, Y und Z für bei jedem Abstand durchgeführte Meßdurchläufe bestimmt. Die Daten sind in der folgenden Tabelle dargestellt.
Andere Meßwerte der Magnetfeldstärke wurden unter Verwendung eines magnetischen Flußdichtemessers (Gaußmeter) über die Periode eines Jahrs aufgenommen. Die Ergebnisse sowie Sichtprüfungen sind nachstehend dargestellt.

17. August 1995

Meßwerte wurden unter Verwendung eines Gaußmeters Modell 4048 von F. W. Bell aufgenommen, bevor die letzte 4 cm dicke oberste Asphaltschicht aufgebracht wurde. Die Meßgeräte wurden etwa 2,5 cm über der Oberfläche, zentriert über dem Band, von Feldübergängen weg und normal zum Band oder senkrecht zum Feld aufgenommen. Die Oberflächentemperatur betrug etwa 95ºC. Der mittlere Meßwert betrug 7 G (±10%).

18. August 1995

Nachdem die letzte, oberste Schicht verlegt war, wurden Meßwerte etwa 2,5 cm über der Straßenbelagoberfläche aufgenommen. Die Oberflächentemperatur betrug etwa 20ºC. Die Meßwerte wurden sowohl von in Ost-West- als auch in Nord- Südrichtung verlegten Streifen aufgenommen. Der mittlere Meßwert betrug 3,2 Gauß (±10%). Sichtprüfung: keine Abweichung vom Normalzustand.

30. August 1995

Die Oberflächentemperatur betrug etwa 20ºC. Meßwerte wurden sowohl von in Ost-West- als auch in Nord-Südrichtung verlegten Streifen aufgenommen. Der mittlere Meßwert betrug 3,2 G (±10%). Sichtprüfung: keine erkennbaren Defekte in der Oberfläche, unter der das Band verlegt war.

16. September 1995

Die Oberflächentemperatur betrug etwa 20ºC. Meßwerte wurden sowohl von in Ost-West- als auch in Nord-Südrichtung verlegten Streifen aufgenommen. Der mittlere Meßwert betrug 3,8 G (±10%). Sichtprüfung: Rißbildung im Asphalt, jedoch nicht entlang der Oberfläche, unter der das Band verlegt war; in einem Fall riß der Asphalt senkrecht zur Richtung, in der das Band unter der Oberfläche verlegt war.

Beispiel 9

Das Lagenmaterial von Beispiel 4 wurde im Juni 1996 unter einer verkehrtragenden Oberfläche einer Straße verlegt. Das Band wurde unter Verwendung einer von 3M erhältlichen Bandaufbringvorrichtung des Typs MHTA-1 Manual Highway Tape Applicator auf der 3. Asphaltschicht verlegt (Oberflächentemperatur 111ºF (44ºC)). Dann wurden drei einzelne Durchgänge mit einem Fahrzeug des Typs RTC-2 Roller-Tamper Cart mit einem Gewicht von 200 1b. (90,8 kg) (erhältlich von 3M) ausgeführt, um das Band in Position zu stampfen. Dann wurde eine klebrige Ölschicht aufgebracht, der es ermöglicht wurde zu trocknen. Daraufhin wurde eine (etwa 4 cm dicke) letzte Asphaltschicht auf dem Band aufgebracht.
Jedes Band war 0,75 Meilen (1,2 km) lang. Ein Meßwert wurde unter Verwendung eines Gaußmeters etwa 2,5 cm über der oberen Asphaltschicht aufgenommen und betrug 2,9 G bei einer Oberflächentemperatur von etwa 95ºC.
Etwa drei Monate später waren keine Beschädigungen der Straße erkennbar.
Für Fachleute sind innerhalb des in den Patentansprüchen spezifizierten Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verschiedene Modifikationen und Änderungen erkennbar, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die hierin dargestellten erläuternden Beispiele beschränkt.

Claims

1. Magnetisches Führungssystem mit:

einer verkehrtragenden Oberfläche; und

einem anpassungsfähigen magnetischen Artikel (100), der unter der verkehrtragenden Oberfläche verlegt ist, zum Übertragen eines magnetischen Signals zu einem sich über die verkehrtragende Fläche bewegenden Sensor, wobei der magnetische Artikel mindestens eine anpassungsfähige magnetische Schicht (2) mit einem Bindemittel (4) und mindestens 30 Vol.-% von im Bindemittel dispergierten magnetischen Partikeln (6) aufweist, um das magnetische Signal durch die verkehrtragende Struktur dem Sensor zuzuführen.

2. System nach Anspruch 1, wobei die anpassungsfähige Schicht (2) eine Probenausgangslänge aufweist und dadurch gekennzeichnet ist, daß sie, wenn sie geprüft wird, bevor sie auf eine Substratfläche geklebt wird, eine inelastische Verformung von mindestens 25% aufweist, nachdem sie einmal auf 115% ihrer Probenausgangslänge gestreckt wurde.

3. System nach Anspruch 1, wobei der Artikel im wesentlichen inelastisch ist.

4. System nach Anspruch 1, wobei der Artikel entlang seiner Länge perforiert ist.

5. System nach Anspruch 1, wobei der Artikel Abschnitte mit alternierender Polarität entlang der Länge des Artikels aufweist.

6. System nach Anspruch 1, wobei der magnetische Artikel ferner eine auf einer Hauptfläche des Artikels aufgebrachte Schicht aus einem druckempfindlichen Klebstoff (8) aufweist.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einem Sensor, der dazu geeignet ist, über die verkehrtragende Oberfläche bewegt zu werden, wobei der Sensor eine Einrichtung zum Erfassen des magnetischen Signals durch die verkehrtragende Struktur aufweist.

8. System nach Anspruch 7, wobei der Sensor (34) auf einem Fahrzeug (36) montiert ist, das dazu geeignet ist, über die verkehrtragende Oberfläche (33) zu fahren.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei

die verkehrtragende Struktur mindestens zwei Materialschichten aufweist; und

der anpassungsfähige magnetische Artikel (100) unter der oberen Fläche der verkehrtragenden Struktur zwischen zwei der Schichten verlegt ist.

10. System nach Anspruch 9, wobei die verkehrtragende Struktur Asphaltzementbeton aufweist, und wobei die beiden Schichten die äußersten beiden Schichten der verkehrtragenden Struktur sind.

11. Verfahren zum Bereitstellen eines Führungssystems für eine vorhandene verkehrtragende Struktur mit den Schritten:

(a) Entfernen einer Materialmenge von der verkehrtragenden Struktur, um eine Vertiefung bereitzustellen;

(b) Anordnen eines anpassungsfähigen magnetischen Artikels (100) mit- mindestens einer anpassungsfähigen magnetischen Schicht (2) mit einem Bindemittel (4) und mindestens 30 Vol.-% von im Bindemittel dispergierten magnetischen Partikeln (6) in der Vertiefung zum Übertragen eines magnetischen Signals zu einem sich über die verkehrtragende Struktur bewegenden Sensor; und

(c) Anordnen einer ausreichenden Menge eines Materials in der Vertiefung, um den magnetischen Artikel vollständig im Material zu unterlegen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der magnetische Artikel vor Schritt (c) durch mindestens eine mechanische Befestigungseinrichtung in der Vertiefung befestigt wird.

13. Verfahren zum Bereitstellen eines Führungssystems für eine verkehrtragende Struktur mit den Schritten:

(a) Bereitstellen einer Basis der verkehrtragenden Struktur;

(b) Bereitstellen eines anpassungsfähigen magnetischen Artikels (100) mit mindestens einer anpassungsfähigen magnetischen Schicht (2) mit einem Bindemittel (4) und mindestens 30 Vol.-% von im Bindemittel dispergierten magnetischen Partikeln (6) zum Übertragen eines magnetischen Signals zu einem sich über die verkehrtragende Struktur bewegenden Sensor;

(c) Anordnen des magnetischen Artikels an einer Position auf oder über einem Abschnitt der verkehrtragenden Struktur; und

(d) Aufbringen eines Materials der verkehrtragenden Struktur über dem magnetischen Artikel und über der Basis der verkehrtragenden Struktur.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Materialien der verkehrtragenden Struktur aus Asphaltzementbeton, Portland-Zement und Kies ausgewählt werden.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, wobei der magnetische Artikel vor Schritt (d) durch mindestens eine mechanische Befestigungseinrichtung an der verkehrtragenden Struktur befestigt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der magnetische Artikel ferner eine auf einer Hauptfläche des Artikels aufgebrachte Schicht aus druckempfindlichem Klebstoff aufweist.