рельефный световозвращающий разметочный элемент дорожного покрытия

Формула изобретения

1. Рельефный разметочный элемент дорожного покрытия, содержащий выпуклую, как правило, полую верхнюю оболочку, имеющую первую и вторую наклонные противоположные торцевые поверхности, первую и вторую противоположные боковые поверхности, верхнюю поверхность, периферийную нижнюю поверхность и внутреннюю стенку, причем указанная оболочка выполнена из пластика и имеет высокую ударную прочность, нижнюю плиту основания, имеющую внутреннюю стенку и плоскую взаимодействующую с дорожным покрытием наружную стенку, причем нижняя плита основания выполнена из материала, имеющего модуль упругости по меньшей мере приблизительно 2070 МПа, множество ребер, проходящих между нижней плитой основания и указанной оболочкой и ориентированных, по существу, перпендикулярно внутренней стенке нижней плиты основания, причем нижняя плита основания соединена с периферийной нижней поверхностью указанной оболочки по периферии обеих, и световозвращающую линзу, расположенную по меньшей мере на одной из указанных первой и второй противоположных торцевых поверхностей, при этом разметочный элемент имеет условный модуль упругости приблизительно более 552 МПа, который определен по методике испытаний стандарта D790 Американского общества по испытанию материалов при условии, что пролет разметочного элемента равен 4,70 см.

2. Разметочный элемент дорожного покрытия по п.1, отличающийся тем, что указанные первая и вторая торцевые поверхности наклонены под углом приблизительно 30^o к нижней плите основания.

3. Разметочный элемент дорожного покрытия по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанные первая и вторая боковые поверхности выполнены выпуклыми по направлению сверху вниз и от торца к торцу.

4. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что указанные первая и вторая боковые поверхности имеют выполненные в них противоположные углубления для захвата пальцами.

5. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что указанная оболочка имеет максимальную толщину приблизительно 2,03 мм.

6. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что периферийная нижняя поверхность указанной оболочки имеет углубление для размещения нижней плиты основания.

7. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что ребра выполнены за одно целое с указанной оболочкой.

8. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что ребра выполнены за одно целое с внутренней поверхностью нижней плиты основания.

9. Разметочный элемент дорожного покрытия по п.7 или 8, отличающийся тем, что ребра расположены в форме решетки.

10. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что ребра содержат первую группу, имеющую форму концентрических кругов, и вторую группу, проходящую радиально относительно первой группы.

11. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что в нижнюю плиту основания заформован стеклянный мат.

12. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из указанных торцевых поверхностей имеет множество направляющих для энергии, заформованных в нее и простирающихся вверх от нее, а световозвращающая линза приварена к ней.

13. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из указанных торцевых поверхностей содержит первое и второе множество направляющих для энергии, заформованных в нее и направленных вверх от нее, а световозвращающая линза приварена к ней, причем первое множество направляющих для энергии, имеющих форму перегородок, задает множество ячеек, а второе множество направляющих для энергии, имеющих форму отдельных штырьков, расположено по меньшей мере в некоторых из ячеек.

14. Разметочный элемент дорожного покрытия по п.13, отличающийся тем, что по меньшей мере верхняя часть штырьков имеет коническую форму.

15. Разметочный элемент дорожного покрытия по п.13 или 14, отличающийся тем, что дополнительно содержит периферийную направляющую для энергии, расположенную внутри периметра по меньшей мере одной указанной торцевой поверхности, причем указанная периферийная направляющая для энергии имеет высоту большую, чем высота первого и второго множества направляющих для энергии.

16. Разметочный элемент дорожного покрытия по п.15, отличающийся тем, что световозвращающие линзы выполнены с кубическими уголками, причем указанная периферийная направляющая для энергии выступает над вершинами первого и второго множества направляющих для энергии на величину, приблизительно равную высоте линз с кубическими уголками.

17. Разметочный элемент дорожного покрытия по любому из пп.1 - 16, отличающийся тем, что он имеет указанный условный модуль упругости приблизительно 690 МПа.

18. Разметочный элемент дорожного покрытия по п.17, отличающийся тем, что нижняя плита основания содержит пластик.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к световозвращающим рельефным разметочным элементам дорожного покрытия, которые используются для дорожной разметки и оконтуривания, а более конкретно к долговечному рельефному разметочному элементу дорожного покрытия с высоким условным модулем упругости, обладающему высокими модулем упругости при изгибе и ударной прочностью для сопротивления ударам транспортных средств.

Рельефные разметочные элементы дорожного покрытия находят широкое применение в качестве дорожной разметки на автомагистралях, обеспечивающей оконтуривание полос движения. Одним из видов рельефных разметочных элементов дорожного покрытия являются световозвращающие разметочные элементы, состоящие из корпуса, заполненного твердым и хрупким герметиком. Эти разметочные элементы в высокой степени подвержены дроблению и разрушению под воздействием циклических ударов автомобилей. Однако по меньшей мере один изготовитель разметочных элементов попытался повысить долговечность корпуса. Так, например, патент США N 5340231, выданный Стиру и др., (переуступлен компании Stimsonite Corporation) предлагает применять для формования корпуса нарубленное стекловолокно, армированное тройным блок-полимером акрила, стирола, акрилнитрила, однако полость корпуса продолжают заполнять жестким эпоксидным соединением.

Использование обладающего высокой ударной прочностью пластикового материала (т. е. пластикового материала, обладающего ударной прочностью более 1 фут-фунт/дюйм (5,44 кг) в соответствии с определением стандарта ASTM D 1822) для изготовления корпусов практикуется заявителем настоящей заявки, компанией Minnesota Mining and Manufacturing Company, Inc. ("3М"), начиная с середины 80-х гг. Такое применение обладающего высокой ударной прочностью материала описано в патенте США N 4875798, выданном Мэю (переуступлен "3М"), и реализовано на практике в форме поставляемых 3М высококачественных разметочных элементов моделей 280, SP280,240 и SP240.

Главной целью настоящего изобретения является обеспечение долговечного рельефного разметочного элемента дорожного покрытия, снабженного световозвращающей линзой, помещенной в корпусе усовершенствованной конструкции, способном выдерживать удары при дорожном движении, для того, чтобы получить долговечный разметочный элемент. Это достигается частично путем создания путей преобразования сжимающих и сдвигающих ударных усилий в растягивающие и сжимающие усилия в основании разметочного элемента.

Другой целью настоящего изобретения является предложение усовершенствованной конструкции корпуса разметочного элемента, имеющего низкий рельеф и скругленные кромки, с тем чтобы свести к минимуму удары транспортных средств.

Еще одной целью настоящего изобретения является предложение усовершенствованной конструкции корпуса разметочного элемента, снабженного пазами для захвата пальцами, с тем чтобы облегчить обращение с ним.

И еще одной целью настоящего изобретения является повышение долговечности разметочного элемента за счет применения композитной конструкции.

И еще одной целью настоящего изобретения является улучшение сцепления разметочного элемента с поверхностью дороги за счет использования композитной конструкции, включающей формованную, снабженную узором, плоскую и обладающую высоким модулем гибкости плиту основания, предназначенную для усиления жесткости корпуса разметочного элемента и улучшения совместимости с различными клеями, включая битум и эпоксид.

Еще одной целью настоящего изобретения является обеспечение разметочного элемента, обладающего высоким условным модулем упругости.

Эти и иные цели достигаются за счет создания разметочного элемента дорожного покрытия, содержащего незаполненную верхнюю оболочку и нижнюю плиту основания, образующие вместе корпус с внутренней полостью, и множество ребер в полости корпуса, ориентированных по существу перпендикулярно внутренней стенке плиты основания. Верхняя оболочка имеет первую и вторую противоположные торцевые поверхности, первую и вторую противоположные выпуклые боковые поверхности, верхнюю поверхность, периферийную нижнюю поверхность и внутреннюю стенку и изготовлена из пластика, обладающего модулями гибкости от среднего до высокого, как показано ниже. Верхняя оболочка имеет низкий рельеф и скругленные края, чтобы свести к минимуму удар транспортного средства. Нижняя плита основания имеет плоскую внутреннюю стенку и плоскую противоположную, взаимодействующую с дорожным покрытием наружную стенку, и изготовлена из материала, предпочтительно обладающего модулем упругости не менее приблизительно 300000 фунт/кв. дюйм (20,7 10⁸ Па), предпочтительно более 400000 фунт/кв. дюйм (27,58 10⁸ Па) и более предпочтительно более 500000 фунт/кв. дюйм (34,48 10⁸ Па). Плита основания также предпочтительно изготавливается из пластикового материала.

Модуль упругости в той его форме, в которой он применяется в настоящей заявке, определяется и измеряется в соответствии со стандартом D638 американского общества по испытанию материалов (ASTM D638), том 08.01; модуль упругости при изгибе, применяемый в настоящей заявке, определяется и измеряется в соответствии со стандартом D790 американского общества по испытанию материалов (ASTM D790). Для пластиковых материалов, применяемых в настоящем изобретении, которые могут быть либо термореактивными, либо термопластическими, низким модулем (как упругости, так и упругости при изгибе) считается модуль, равный 50000 фунт/кв.дюйм (3,45 10⁸ Па) или менее; умеренным модулем (как упругости, так и упругости при изгибе) считается модуль, равный от 50000 фунт/кв. дюйм (3,45 10⁸ Па) до 300000 фунт/кв.дюйм (20,7 10⁸ Па); и высоким модулем (как упругости, так и гибкости) считается модуль, превышающий 300000 фунт/кв. дюйм (20,7 10⁸ Па). Под модулем гибкости от среднего до высокого подразумевается модуль упругости при изгибе, охватывающий как средний, так и высокий диапазоны, т.е. модуль упругости при изгибе равен по меньшей мере 50000 фунт/кв.дюйм (3,45 10⁸ Па).

Ребра формируются как одно целое с внутренними стенками (т.е. внутренней стенкой верхней оболочки или внутренней стенкой плиты основания) и проходят вверх от внутренней стенки плиты основания к внутренней стенке оболочки, поддерживая внутреннюю стенку оболочки. Световозвращающая линза располагается на по меньшей мере одной из первой и второй противоположных боковых поверхностей разметочного элемента.

Верхняя оболочка предпочтительно изготавливается из термопластической смолы, такой как поликарбонат, и предпочтительно включает в себя от приблизительно 15% до 30% арматуры из стекловолокна. Арматура из стекловолокна повышает жесткость верхней оболочки при изгибе. Форма верхней оболочки, материал и расстояние между ребрами предпочтительно выбирают таким образом, чтобы облегчить формовку и свести к минимуму расход материала и затраты. Плита основания подбирается таким образом, чтобы получить разметочный элемент, обладающий достаточной жесткостью для того, чтобы противостоять в процессе применения изгибанию. Периферийная нижняя поверхность основания может иметь выполненное в ней периферийное углубление, предназначенное для размещения плиты основания.

В первом примере осуществления настоящего изобретения ребра выполнены как одно целое с внутренней стенкой оболочки. Во втором примере осуществления настоящего изобретения ребра выполнены как одно целое с внутренней стенкой плиты основания. В пределах каждого прототипа возможно варьирование схемы расположения ребер. При одной схеме расположения ребра могут располагаться в продольном и поперечном направлении в форме решетки. При другой схеме расположения они могут быть разделены на первую группу, в которой ребра имеют форму концентрических кругов, и вторую группу, в которой ребра направлены радиально по отношению к первой группе.

В одном аспекте изобретения разметочный элемент дорожного покрытия обладает минимальным условным модулем упругости, равным приблизительно 80000 фунт/кв.дюйм (5,52 10⁸ Па) и предпочтительно 100000 фунт/кв.дюйм (6,90 10⁸ Па).

В другом аспекте изобретения первая и вторая торцовые поверхности наклонены под углом приблизительно 30^o, а первая и вторая боковые поверхности являются выпуклыми по направлению сверху вниз и от торца до торца.

И еще в одном аспекте изобретения первая и вторая боковые поверхности снабжены выполненными в них и расположенными друг против друга углублениями для захвата пальцами.

Авторы настоящего изобретения продолжают расширять познания в области высококачественных разметочных элементов, изучая режимы разрушения дорожных клеев, с тем чтобы сконструировать долговечный разметочный элемент, который скрепляется с дорогой не только с помощью эпоксидного клея, но и с помощью битуминозного клея. Для того чтобы разметочный элемент изгибался или скручивался относительно нейтральной линии, верхний корпус и ребра должны сжиматься и основание - удлиняться. Когда происходят сжатие и удлинение, образуется фронт отслаивания или подъема, что в конечном счете приводит к разрушению связующего разметочного элемента. Разрушение может иметь место по поверхности раздела между дорожной поверхностью и клеем или между основанием разметочного элемента и клеем. "Фронт отслаивания" является термином, которым мы пользуемся для описания разрыва в битумном клее (когезионное разрушение битума), разрушения битумного клея от основания разметочного элемента или разрушения битумного клея от дорожной поверхности. При расчете методом конечных элементов ("FEA"), который был выполнен нами для изучения этого явления, "фронт отслаивания" указывает длину разрыва и/или любого из этих видов разрушений. Так, например, на фиг. 8 длина фронта отслаивания представлена рядом узлов на поверхности раздела клея и дороги, имеющих отрицательные усилия реакции. Эти усилия являются растягивающими (или поднимающими) усилиями, воздействующими на клей A. Горизонтальные и вертикальные нагрузки (усилия) обозначены соответственно буквенными обозначениями X и Y.

На основании результатов наших исследований мы разработали новую конструкцию разметочного элемента с целью свести к минимуму ударную нагрузку и уменьшить истирание покрышек и накопление грязи на корпусе. Пользуясь информацией об ударных нагрузках, собранной нами для различных, поставляемых промышленностью разметочных элементов, мы провели сравнительный расчет методом конечных элементов и обнаружили, что рабочие характеристики материала разметочного элемента оказывают заметное влияние на сцепление разметочного элемента с дорогой; то есть существует критический диапазон значений жесткости разметочного элемента, при котором разметочный элемент будет хорошо скреплен с дорогой мягким клеем.

Одно из преимуществ разметочного элемента с высоким условным модулем заключается в возможности выбрать материалы, которые могут быть обработаны при больших объемах выпуска за счет оптимизации использования пластиковых материалов со значениями модуля упругости при изгибе от среднего до высокого и с высокой ударной прочностью для изготовления корпуса и материалов с модулем упругости не менее приблизительно 300000 фунт/кв.дюйм (20,7 10⁸ Па), предпочтительно более 400000 фунт/кв. дюйм (27,58 10⁸ Па) и более предпочтительно более 500000 фунт/кв.дюйм (34,48 10⁸ Па) - для изготовления плиты основания.

В соответствии с этим другим преимуществом настоящего изобретения является наша способность легко изготовить разметочный элемент малой массы простым способом литьевого формования. Этот процесс позволяет легко изменять цвет и исключает необходимость в заполнении верхней оболочки.

Еще одним преимуществом настоящего изобретения является применение наших знаний в области литьевого формования для оптимизации использования материала путем изготовления разметочного элемента с использованием описанной методологии и процедуры испытаний.

Изобретение можно будет легче понять, прочитав следующее детальное описание предпочтительных примеров осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых цифровыми позициями обозначены одинаковые элементы и на которых:

на фиг. 1 показано трехмерное изображение сверху разметочного элемента дорожного покрытия в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 показано трехмерное изображение нижней стороны верхней оболочки разметочного элемента дорожного покрытия в соответствии со вторым примером осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 3 показано трехмерное изображение сверху нижней плиты основания с первой схемой ребер для использования с верхней оболочкой, изображенной на фиг. 2;

на фиг. 4 показано трехмерное изображение сверху нижней плиты основания со второй схемой ребер для использования с верхней оболочкой, изображенной на фиг. 2;

на фиг. 5 показано трехмерное изображение снизу разметочного элемента, изображенного на фиг. 1, с отделенной плитой основания, для того чтобы показать первую схему расположения ребер и периферийное углубление в нижней периферийной поверхности верхней оболочки;

на фиг. 6 показано трехмерное изображение снизу второго примера осуществления разметочного элемента дорожного покрытия в соответствии с настоящим изобретением с отделенной плитой основания, для того чтобы показать вторую схему расположения ребер;

на фиг. 7 показано трехмерное изображение снизу третьего примера осуществления разметочного элемента дорожного покрытия с отделенной плитой основания;

на фиг. 8 показана схема выполненной по методу конечных элементов модели первоначального удара покрышки и сил реакции на разметочный элемент 3М модели 280;

на фиг. 9 показан первый пример осуществления отдельной направляющей для энергии;

на фиг. 10 показан второй пример осуществления отдельной направляющей энергии; и

на фиг. 11 показан третий пример осуществления отдельной направляющей энергии.

Настоящее изобретение является результатом проведенных нами исследований режимов разрушения сцепления с дорогой рельефных разметочных элементов дорожного покрытия и нашего намерения сконструировать долговечный разметочный элемент, который может быть сцеплен с дорогой с помощью битумного клея, а также клей эпоксидного типа. Одним из первых шагов при разработке настоящего изобретения было исследование площади поверхности на нижней стороне разметочного элемента, пригодной для сцепления с дорогой. Предусматривалось использование определенных материалов, таких как эпоксиды, акрилы, стиролы и т.п., которые использовались для заполнения просветов между системами ребер. Нами обнаружено, что увеличение площади поверхности сцепления способствует улучшению сцепления с дорогой, однако на недостаточно длительный срок. В некоторых случаях полученные нами результаты показали, что разметочные элементы с большей площадью поверхности основания дают более мелкие разрезы в клее, чем разметочные элементы с меньшей площадью поверхности основания. Это называют эффектом "кухонного резака".

Нами рассмотрен также вариант увеличения площади сцепления путем добавления основания типа фланца с целью увеличения размеров основания разметочного элемента. К нашему удивлению сцепление с дорогой оказалось хуже, чем у нашего стандартного разметочного элемента. Мы попытались также улучшить сцепление с дорогой, делая разметочные элементы иной формы, подобной форме разметочных элементов, выпускаемых 3М и ее конкурентами, но выполненные из сплошных материалов, таких как поликарбонат и сополимер акрилонитрила, бутадиена и стирола (ABS). Полученные результаты были неопределенными. Эти разметочные элементы 3М продемонстрировали некоторые улучшения по сравнению с существующими разметочными элементами 3М, в то время как конкурирующие пробные разметочные элементы оказались хуже существующих конкурирующих разметочных элементов, по образцу которых они были выполнены, но несколько лучше пробных разметочных элементов 3М. Последние результаты подтвердили нашу гипотезу о том, что улучшение сцепления разметочного элемента с дорогой определяется не только формой разметочного элемента, но и свойствами материала, из которого изготовлен разметочный элемент. Мы исследовали нашу гипотезу, изучая ударные усилия, выполняя расчеты методом конечных элементов, испытывая прототипы в лаборатории и проверяя лабораторные результаты на практике.

Была тщательно изучена взаимосвязь между усилиями, переданными к основанию разметочного элемента (что ведет к разрушению сцепления разметочного элемента с дорогой) и геометрической формой разметочного элемента. Был изготовлен очень чувствительный пьезоэлектрический датчик силы, предназначенный для регистрации ударных воздействий транспортных средств как со стороны нашего устройства моделирования износа под воздействием транспортных средств (лабораторного испытательного устройства, моделирующего шины автомобиля, катящиеся под нагрузкой), так и со стороны настоящих легковых автомобилей и полугрузовиков на контролируемом испытательном участке шоссе 103 шт. Миннесота. Исследование дало неожиданные результаты в отношении нашей существующей модели разметочного элемента 280 компании 3М и разметочных элементов конкурентов. Разметочные элементы 3М в действительности передают меньшую нагрузку, чем разметочный элемент конкурентов. Эти результаты подтверждают наше первоначальное предположение относительно роли гибкости материала, из которого изготовлен разметочный элемент. В дополнение к эффекту рельефа, эти результаты показывают также зависимость сжимающих усилий от сплющивания шин и типа шин легковых автомобилей и полугрузовиков. Эта информация об ударных воздействиях позволила нам изменить конструкцию разметочного элемента таким образом, чтобы свести к минимуму ударную нагрузку и уменьшить истирание шин и накопление грязи на корпусе.

Имея в нашем распоряжении информацию относительно ударных усилий, мы провели сопоставительный расчет методом конечных элементов в отношении типичного разметочного элемента наших конкурентов и существующего разметочного элемента компании 3М модели 280. И в этом случае результаты были неожиданными. Во-первых, они подтвердили наши подозрения относительно площади сцепления. Существующий разметочный элемент 3М имеет ребристую нижнюю поверхность. Наличие системы ребер ведет к тому, что одни участки основания подвергаются воздействию растягивающих усилий, а другие - воздействию сжимающих усилий; результатом является раскачивание разметочного элемента, ведущее в конечном счете к тому, что клей разрезается, словно кухонным резаком. Эти растягивающие усилия показаны на фиг. 8. Во-вторых, имеются два участка, один у передней, и второй у задней кромки разметочного элемента, которые подвергаются воздействию растягивающих (отслаивающих или поднимающих) усилий; это особенно очевидно на участке, ближайшем к местам ударов.

Полученные результаты объясняют, почему наш обладающий высокой ударной прочностью материал не демонстрирует при использовании мягкого клея типа битума столь же высоких рабочих характеристик, как при использовании твердого клея, такого как эпоксид; когда для сцепления разметочного элемента с дорогой в качестве клея используется эпоксид, он затвердевает и становится жестким у основания. Жесткое связующее препятствует изгибанию разметочного элемента, что ограничивает напряжения, прилагаемые к клею. Мягкий клей позволяет изгибаться телу разметочного элемента; это изгибание в свою очередь создает напряжения в клее, в конечном счете отрывающие клей от передней и задней кромок. Кроме того, недостаточная площадь сцепления ведет к уменьшению клеевой подушки под разметочным элементом в процессе действия "кухонного резака"; следовательно, общий результат несопоставим с результатом, полученным с помощью эпоксидного клея.

Следующий выполненный нами анализ был направлен на сведение к минимуму изгибания разметочного элемента. Сначала мы сделали разметочный элемент сплошным, без ребер, и исследовали действующие на него подъемные усилия. Результаты показали уменьшение подъемных усилий и привели нас к оценке материала с высоким модулем упругости при изломе. Кроме того, результат продемонстрировал уменьшение подъемного усилия по мере возрастания модуля упругости при изгибе. В попытке воспроизвести эти результаты в являющихся в общем полыми или ребристыми разметочных элементах мы усилили основание разметочного элемента тонким, но обладающим большим модулем упругости материалом; это привело к уменьшению отслаивающих усилий. Важным оказалось открытие, что можно добиться эквивалентного уменьшения подъемной силы с гораздо меньшим количеством материала. Модуль упругости в основании разметочного элемента, равный по меньшей мере 300000 фунт/кв.дюйм (20,7 10⁸ Па), не допустит растягивания основания и не допустит таким образом изгибания разметочного элемента при ударе. Моделирование по методу конечных элементов показало также, что при использовании слоистого материала FR-4 (поставляемого компанией Allied Signal Laminate Systems Inc.) толщиной всего 0,090 дюйма (0,229 см) новая конструкция подвергается более низким подъемным усилиям, чем разметочный элемент конкурента при тех же условиях нагрузки.

Исходя из результатов наших испытаний были изготовлены две опытные пресс-формы, предназначенные для формования шести оболочек из различных материалов и шести оснований из различных материалов. Обе модели отличаются тем что имеют совместно незаполненную верхнюю оболочку и нижнюю плиту основания, образующие вместе корпус с полостью и множество ребер в полости корпуса, ориентированных по существу перпендикулярно к внутренней стенке плиты основания. Верхняя оболочка имеет первую и вторую наклонные противоположные торцевые поверхности, первую и вторую противоположные выпуклые боковые поверхности, верхнюю поверхность, периферийную нижнюю поверхность и внутреннюю стенку и изготовлена из материала, обладающего модулями упругости при изгибе от среднего до высокого и высокой ударной прочностью. Верхняя оболочка имеет низкий рельеф и скругленные края, чтобы свести к минимуму удар транспортного средства. Нижняя плита основания имеет плоскую внутреннюю стенку и плоскую противоположную, взаимодействующую с дорожным покрытием наружную стенку, и изготовлена из материала, обладающего модулем упругости не менее приблизительно 300000 фунт/кв.дюйм (20,7 10⁸ Па), предпочтительно более 400000 фунт/кв.дюйм (27,58 10⁸ Па) и более предпочтительно более 500000 фунт/кв.дюйм (34,48 10⁸ Па). Ребра выполнены за одно целое с одной из внутренних стенок (т. е. внутренней стенкой верхней оболочки или внутренней стенкой плиты основания) и направлены вверх от внутренней стенки плиты основания к внутренней стенке оболочки, поддерживая внутреннюю стенку оболочки. Световозвращающая линза располагается по меньшей мере на одной из первой и второй противоположных боковых поверхностей разметочного элемента.

Ребра придают конструкционную устойчивость корпусу разметочного элемента при использовании очень небольшого количества материала. Они действуют подобно рамной конструкции в трехмерной плоскости. Поперечный разрез разметочного элемента, выполненный в плоскости, параллельной основанию, демонстрирует трехмерную, типа раскосов, сеть элементов, которые в предпочтительном примере осуществления имеют треугольную форму. Эти ребра подобны более тонким элементам, воспринимающим сдвигающие и сжимающие усилия, вызванные вертикальным ударом, и подобно рамной конструкции, ребра несут аксиальную нагрузку, связанную главным образом со сжимающей нагрузкой, а также со сдвигающим усилием и моментом относительно каждого соединительного ребра.

Верхняя оболочка может содержать достаточное количество красителя для получения нужного цвета. Плита основания изготовлена из материала, обладающего модулем упругости не менее приблизительно 300000 фунт/кв.дюйм (20,7 10⁸ Па), предпочтительно более 400000 фунт/кв.дюйм (27,58 10⁸ Па) и более предпочтительно более 500000 фунт/кв.дюйм (34,48 10⁸ Па), с целью противостоять прилагаемым усилиям. Форму верхней оболочки, материал и расстояние между ребрами выбирают таким образом, чтобы облегчить формование и свести к минимуму расход материала и издержки. Плиту основания подбирают таким образом, чтобы добиться жесткости разметочного элемента, противостоящей изгибу в процессе эксплуатации. Одним из вариантов плиты основания, удовлетворяющей этому требованию, является мат из стекловолокна, пропитанный эпоксидной смолой. Другие плиты основания могут быть выполнены из термопластической основы, в которую вставлены стеклянные маты, причем возможными сочетаниями термопласта и стеклянного мата являются Lexan 3412 и стеклянный мат JPS 1362 (поставляется компанией JPS Fabrics, отделением корпорации JPS Converter and Industrial, Слатер, Южная Каролина), Lexan 3412 и стеклянный мат JPS 1358 (также поставляется компанией JPS Fabrics), и Lexan 3412 и стеклянный мат JPS 1353 (поставляется компанией JPS Fabrics).

Линза изготовлена из материала, подобранного таким образом, чтобы удовлетворять требованиям к световозращению и к сцеплению с верхней оболочкой. Подходящий пример можно найти в патенте США N 4875798, выданном Нельсону. Линза может быть прикреплена подходящим клеем, но для получения спая более предпочтительным является ее приваривание к корпусу разметочного элемента, например, способом ультразвуковой или вибрационной сварки.

Две модели имеют различное расположение ребер. В первой модели, выполненной согласно настоящему изобретению, ребра выполнены за одно целое с внутренней стенкой оболочки. Во второй модели, выполненной согласно настоящему изобретению, ребра выполнены за одно целое с внутренней стенкой плиты основания. В каждой модели возможны варианты схемы расположения ребер, как более подробно описано ниже.

Вторая модель позволяет, чтобы большая доля всего материала была покрыта верхней оболочкой. Утилизированный пластик типа, сходного с основанием материала, может быть в этом случае использован в максимальной степени для изготовления ребер и плиты основания вне зависимости от цвета и внешнего вида, в то время как исходный пластиковый материал может быть использован для верхней оболочки. Таким образом, можно продолжать контролировать цвет и внешний вид видимой части разметочного элемента, т.е. верхней оболочки, обеспечивая при этом снижение издержек и найдя отличное применение материалу, который в противном случае пошел бы в отходы. Вибрационная сварка может использоваться по той причине, что она позволяет скреплять детали соответствующих размеров и допускает неоднородность качества поверхности и состава материала; кроме того, она обеспечивает лучшее сцепление, чем клеи.

Под нашим руководством и с помощью указанных моделей пресс-форм было изготовлено большое количество образцов. Для подтверждения результатов расчетов методом конечных элементов были проведены испытания этих образцов и некоторых поставляемых промышленностью разметочных элементов. Некоторые из этих образцов описаны ниже в числе Примеров и представлены в прилагаемой таблице. Результаты испытаний этих образцов представлены в прилагаемой таблице. Образцы, описанные в числе Примеров, рассматриваются в качестве иллюстрации многих изготовленных образцов и не должны рассматриваться как ограничивающие каким-либо образом объем изобретения.

Поскольку конструкция каждого разметочного элемента различна, единственным путем достижения сопоставимых результатов испытаний является применение устройства, стандартизирующего размеры разметочных элементов. Метод испытаний ASTM D790 описывает испытание материала на модуль упругости при изгибе. Этот метод испытаний применяется для измерения модуля упругости при изгибе разметочного элемента с помощью Метода I по Процедуре A. ASTM D790 указывает также размеры образца и формулу, необходимую для расчета модуля упругости при изгибе. Пролет [т.е. расстояние между опорами, на которые устанавливают испытуемый разметочный элемент - Примечание переводчика] в ASTM D790 и разделе 6.2.1 установлен как превышающий в 16 раз толщину образца. Геометрическая форма рельефных разметочных элементов дорожного покрытия имеет иные соотношения размеров. Поэтому для того чтобы получить однородные и сопоставимые результаты испытаний по различным подвергнутым испытаниям рельефным разметочным элементам, пролет разметочного элемента был установлен на уровне 1,85 дюйма (4,70 см), чтобы включать все различные виды разметочных элементов. Введение этого фиксированного пролета гарантирует также, что влияние сдвига при расчете модуля будет однородным для всех разметочных элементов. Этот нормализованный модуль называют условным модулем упругости при изгибе или условным модулем. Условный модуль является числом, выраженным в фунтах на кв.дюйм или паскалях (Па), представляющим собой модуль упругости разметочного элемента при изгибе и характерным для этого разметочного элемента. Значения условного модуля позволяют нам оценить способность разметочных элементов противостоять изгибу, вызванному ударом транспортного средства.

В соответствии с методом испытаний ASTM D790 определение модуля упругости при изгибе проводили на соединенной с компьютером машине для испытания материалов MTS модели 810 с двумя экстензометрами MTS модели 632.17В-20. Образцы помещали на две опоры, описанные в ASTM D790 для режима изгибания в трех точках. Толщина и длина образца соответствовали толщине и длине разметочного элемента, а пролет составлял 1,85 дюйма (4,70 см), чтобы обеспечить во время измерений одинаковый эффект сдвига для всех образцов разметочных элементов. Два экстензометра использовались для измерения прогиба каждого разметочного элемента с нижней стороны. Иглы экстензометров были ориентированы вдоль осевой линии, на нижней поверхности разметочного элемента, прилегающей к участкам под наклонными поверхностями. Экстензометры использовались для измерения прогибов с большой точностью. Измерение прогибов с большой точностью было необходимо по той причине, что некоторые разметочные элементы имеют составную конструкцию, включающую пластиковую оболочку и/или помещенные в корпус заполняющие материалы или закрытую плитой основания которая, будучи помещена под нагрузку, в большей степени деформируется с верхней, чем с нижней стороны. Экстензометры высокой точности использовались для измерения прогибов в основании, поскольку изгиб, ведущий к разрушению на поверхностях раздела клей/дорога, клей/клей и клей/основание разметочного элемента, имеет место на основании разметочных элементов.

Машина MTS была настроена на приложение в центре верхней поверхности разметочного элемента нагрузки, достигающей 1000 фунтов (4536 кг), а скорость прогиба была установлена равной 0,1 дюйма (0,25 см) в мин. Скорость прогиба рассчитывали по формуле, приведенной в разделе 9.1.3 ASTM D790.

Полученные в результате измерений значения усилий и прогибов наносили на график, рассчитывая угол наклона с целью определения модуля. Размеры разметочных элементов различались от одного к другому. Поэтому единственным способом получения сопоставимых данных была нормализация толщины и длины разметочного элемента. Условный модуль определили с помощью следующей формулы, приведенной в методе испытаний ASTM D790: E = пролет³ угол наклона/(4 длина толщина³), где пролет - 1,85 дюйма (4,70 см); угол наклона - изменение нагрузки/изменение прогиба нижней поверхности относительно опор; длина - длина разметочного элемента; толщина - толщина разметочного элемента.

Лабораторные испытания показывают, что можно легко использовать для изготовления верхней оболочки пластический материал, обладающий модулем упругости при изгибе от среднего до высокого, а для изготовления плиты основания - материал, имеющий модуль упругости, равный по меньшей мере приблизительно 300000 фунт/кв. дюйм (20,7 10⁸ Па), предпочтительно более 400000 фунт/кв. дюйм (27,58 10⁸ Па), и более предпочтительно 500000 фунт/кв.дюйм (34,48 10⁸ Па), чтобы получить в конечном счете разметочный элемент, обладающий высоким условным модулем. Испытания показывают далее, что для того чтобы обеспечить хорошее сцепление разметочного элемента при использовании мягкого клея, такого как битум, необходимо, чтобы он имел условный модуль не менее приблизительно 80000 фунт/кв. дюйм (5,52 10⁸ Па), поскольку некоторые из существующих разметочных элементов, обладающих хорошими известными характеристиками сцепления с дорогой, имеют условный модуль такого порядка. В настоящее время не известен верхний предел, после которого дальнейшее повышение условного модуля не дает заметного улучшения в смысле повышения характеристик сцепления с дорогой. Для того чтобы подтвердить это, мы провели испытания на закрытом испытательном участке компании 3М в одном из штатов "солнечного пояса". Результаты испытаний последовательно подтверждают нашу теорию о том, что потери сводятся к минимуму, когда разметочный элемент имеет высокий условный модуль, и потери возрастают в случае с разметочным элементом с низким условным модулем. Результаты полевых испытаний также показывают преимущества сочетания плоского основания с высоким условным модулем в отношении способности разметочного элемента противостоять эффекту "кухонного резака".

Пример 1. Принцип сцепления разметочного элемента с дорогой включает применение для изготовления разметочного элемента пластикового материала с высоким модулем гибкости и высокой ударной прочностью, позволяющего противостоять ударам транспортных средств. В первом примере осуществления изобретения разметочный элемент 10 с такими свойствами изготовлен с применением существующих и поставляемых промышленностью пластиковых материалов, которые сами по себе не обладают достаточным сопротивлением изгибу, чтобы противостоять приложенной нагрузке. Как показано на фиг. 1 и 7, эта цель достигается путем формовки обладающей высокой ударной прочностью верхней оболочки 12 и усиления ее нижней плитой основания 14, имеющей модуль упругости, равный по меньшей мере приблизительно 300000 фунт/кв.дюйм (20,7 10⁸ Па), предпочтительно более 400000 фунт/кв.дюйм (27,58 10⁸ Па) и более предпочтительно 500000 фунт/кв. дюйм (34,48 10⁸ Па). Верхняя оболочка 12 получена способом литьевого формования поликарбонатного материала, обладающего модулем упругости при изгибе от среднего до высокого и высокой ударной прочностью, в Примере 1 это Lexan 141 (Lexan является товарным знаком термопластических сшитых с карбонатами полимеров, получаемых путем осуществления реакции между бисфенолом А и фосгеном; Lexan 141 поставляется компанией GE Plastics, Питтсфилд, шт. Массачусетс). Предпочтительно верхняя оболочка 12 имеет максимальную толщину 0,080 дюйма (0,203 см).

Верхняя оболочка 12 включает в себя периферийную нижнюю поверхность 12а, две зеркальные наклонные торцевые поверхности 12b и 12c, две выпуклые боковые поверхности 12d и 12e, прилегающие к торцевым поверхностям 12b и 12с, верхнюю поверхность 12f и внутреннюю стенку 12g. Как показано на фиг. 1 и 7, обе боковые поверхности 12d и 12е являются выпуклыми как от торца к торцу, так и сверху вниз.

Торцевые поверхности 12b и 12с имеют выемки и имеют формованные направляющие для ультразвуковой энергии 22, 24 и 26, выступающие вверх. В боковых поверхностях 12d и 12e, рядом с наклонными торцевыми поверхностями 12b и 12с, выполнены полуэллиптические углубления для захвата пальцами 30а и 30b. Нижние поверхности углублений 30a и 30b находятся приблизительно на 0,25 дюйма (0,64 см) выше нижней поверхности разметочного элемента 10.

Нижняя плита основания 14 имеет плоскую внутреннюю (верхнюю) стенку 14а и противоположную ей плоскую, взаимодействующую с дорожным покрытием наружную (нижнюю) стенку 14b и изготовлена из композитного слоистого материала FR-4 компании Allied Signal толщиной 1/16 дюйма (0,159 см). Нижняя плита основания 14 имеет периферию такой же формы, как и периферийная нижняя поверхность 12а верхней оболочки, и внутренняя стенка 14а нижней плиты основания 14 крепится к периферийной нижней поверхности 12а верхней оболочки 12 с помощью клея. В Примере 1 клеем служит быстро схватывающийся термореактивный клей Jet-Weld^TM ТЕ-031 компании 3М.

Ребра 40 в форме концентрических окружностей выступают из внутренней стенки 12g верхней оболочки 12 и оканчиваются в плоскости, совпадающей с поверхностью периферийного основания 12а. Из внутренней стенки 12g выступают также радиальные ребра 42, соединенные с ребрами 40 в форме окружностей. Радиальные ребра 42 располагаются относительно друг друга на угловом расстоянии приблизительно 30^o вокруг общего центра кольцевых ребер 40 и также оканчиваются в той же плоскости, что и кольцевые ребра 40.

Два световозвращающих элемента, такие как линзы 50 и 52, приваривают с помощью ультразвуковой сварки к верхней оболочке 12 через направляющие 22, 24 и 26 для энергии, выступающие вверх от наклонных поверхностей 12b и 12с. Применение направляющих для энергии при ультразвуковой сварке световозвращающих линз описано в патенте США N 4875798, который полностью включен сюда в качестве аналога. Линзы 50 и 52 и направляющие 22, 24 и 26 имеют такие размеры, что верхние поверхности линз 50 и 52 находятся по существу на одном уровне с окружающей наружной поверхностью верхней оболочки 12.

Направляющие 22 для энергии имеют форму перегородок, ограничивающих ячейки между собой, а направляющие 24 для энергии, имеющие форму штырьков, располагаются внутри ячеек. Направляющие энергии 24 могут быть коническими, как показано на фиг. 9, они могут иметь форму конуса, наложенного на цилиндр, как указано цифровыми позициями 24" и 24"", показанными на фиг. 10 и 11, или любую другую форму, обеспечивающую точечный контакт с линзами 50 и 52. По меньшей мере часть направляющих 22 для энергии располагается по треугольной сетке. Хотя направляющие 22 для энергии могут также располагаться по прямоугольной, трапецеидальной или иной геометрической сетке, треугольная сетка конструктивно является наиболее устойчивой среди всех этих геометрических сеток.

Направляющие 24 для энергии образуют дополнительную опору вдоль ячеек вершины. Эта дополнительная опора требуется по той причине, что транспортное средство имеет тенденцию ударять разметочный элемент 10 в точке, находящейся примерно на одной трети расстояния от участка вершины. При одних только направляющих 22 для энергии линзы при повторяющихся ударах могут быть разбиты. Добавление отдельных направляющих 24 для энергии создает дополнительную опору. Дополнительное преимущество направляющих 24 для энергии заключается в том, что они сводят к минимуму потери световозвращающей способности. На каждой линии сварки происходит разрушение кубических уголков структуры световозвращающих линз. Отдельные направляющие 24 для энергии сводят к минимуму линии сварки, обеспечивая при этом достаточную поддержку для того, чтобы противостоять ударам транспортных средств.

Направляющая 26 для энергии помещена внутри периметра торцевых поверхностей 12а и 12b. Направляющая 26 для энергии имеет высоту, несколько превышающую высоту направляющих 22 и 24 для энергии, с тем чтобы герметизировать периметр линз с целью защиты их от влаги. Обнаружено, что направляющая 26 для энергии, расположенная по периметру, должна быть поднята выше других внутренних направляющих 22 и 24 для энергии на величину, приблизительно равную высоте линзы с кубическим уголком. Ячейки, ограниченные направляющими 22 для энергии, в случае разрушения части линз содержат загрязнения.

Разметочный элемент 10 имеет низкий рельеф и скругленные кромки, для того чтобы свести к минимуму ударные воздействия транспортных средств. Так, только в виде иллюстрации, можно указать, что взятый в качестве примера разметочный элемент 10 имеет высоту около 0,625 дюйма (1,59 см), наибольшую ширину (между боковыми поверхностями 12d и 12e) - около 4,00 дюймов (10,2 см), и длину (между торцевыми поверхностями 12b и 12e) - около 3,5 дюймов (8,9 см). Торцевые поверхности 12b и 12e наклонены под углом около 30^o к нижней поверхности 12а, а их стык с нижней поверхностью 12а имеет закругление с радиусом кривизны около 0,031 дюйма (0,079 см). Верхняя поверхность 12f изогнута с радиусом около 6,45 дюйма (16,383 см). Боковые поверхности 12d и 12e изогнуты сверху вниз с радиусом 0,750 дюйма (1,905 см) и по длине с радиусом около 3,00 дюймов (7,62 см); они оканчиваются приблизительно в 0,575 дюйма (1,461 см) выше нижней поверхности 12а. Нижние поверхности углубления 30a и 30b для захвата пальцами наклонены под углом около 13^o к нижней поверхности 12а и оканчиваются приблизительно в 0,14 дюйма (0,36 см) выше нижней поверхности 12b; верхние кромки закруглены на стыке с боковыми поверхностями 12d и 12e с радиусом кривизны около 0,06 дюйма (0,15 см).

Пример 2. Разметочный элемент из Примера 2 подобен разметочному элементу 10 из Примера 1 за исключением того, что плита основания выполнена из слоистого материала FR-4 (стеклянный мат, пропитанный эпоксидом) и имеет толщину около 1/8 дюйма (0,318 см).

Пример 3. Разметочный элемент 100 из Примера 3 (показан на фиг. 6) подобен разметочному элементу 10 из Примера 1, за исключением того, что его продольные ребра 140 и поперечные ребра 142 образуют решетчатую структуру.

Пример 4. Разметочный элемент из Примера 4 подобен разметочному элементу из Примера 2, за исключением того, что ребра являются продольными и поперечными, как у разметочного элемента из Примера 3.

Пример 5. Разметочный элемент 200 из Примера 5 (показан на фиг. 5) подобен разметочному элементу 10 из Примера 1, за исключением того, что он имеет полученную литьевым формованием плиту основания 214, выполненную из заполненного на 20% стеклом поликарбонатного материала Lexan 3412 (Lexan 3412 поставляется компанией GE Plastics), периферийная нижняя поверхность 212а верхней оболочки 212 имеет углубление 212а", предназначенное для размещения плиты основания 214, а плита основания 214 сваривается вибрационным методом с верхней оболочкой 212 по линии углубления 212а, вместо того чтобы крепиться с помощью термореактивного клея.

Пример 6. Разметочный элемент 300 из Примера 6 (показанного на фиг. 2 и 3) подобен разметочному элементу 10 из Примера 1, за исключением того что верхняя оболочка 312 является полой, концентрические ребра 340 и радиальные ребра 342 направлены перпендикулярно от внутренней стенки 314а плиты основания 314, ребра 340 и 342 и плита основания 314 отформованы за одно целое из материала Lexan 3412, а плита основания 314 сварена вибрацией с верхней оболочкой 312. Не будучи специально изготовленной для этих испытаний, плита основания может быть также выполнена с поперечными и продольными ребрами, подобными показанным на фиг. 4.

Пример 7. Разметочный элемент из Примера 7 подобен разметочному элементу 10 из Примера 1, за исключением того, что плита основания экструдирована из материала Lexan 141 на ткань из стекловолокна и плита основания сварена с верхней оболочкой методом вибрационной сварки.

Примеры 8-13. Разметочные элементы из Примеров 8-13 аналогичны разметочным элементам из Примеров 1-6, за исключением того, что верхние оболочки отформованы из материала Lexan 3412.

Пример 14. Разметочный элемент из Примера 14 подобен разметочному элементу 10 из Примера 1, за исключением того, что корпус отформован из материала Lexan 3413 (Lexan 3413 поставляется компанией GE Plastics).

Пример 15. Разметочный элемент из Примера 15 подобен разметочному элементу из Примера 2, за исключением того, что корпус отформован из материала Lexan 3413.

Пример 16. Разметочный элемент из Примера 16 подобен разметочному элементу 10 из Примера 1, за исключением того, что корпус отформован из материала Durethan BKV 130 (армированный стеклом, устойчивый к ударам полиамид с 30% стекла, поставляемый в промышленных масштабах компанией Bayer Inc. (ранее Miles Inc.), Питтсбург, шт.Пенсильвания).

Пример 17. Разметочный элемент из Примера 17 подобен разметочному элементу из Примера 2, за исключением того, что корпус отформован из материала Durethan BKV 130.

Пример 18. Разметочный элемент из Примера 18 подобен разметочному элементу 100 из Примера 1, за исключением того, что корпус отформован из материала Entec N1033EI (найлон с заполнением на 33% стеклом, который поставляет в промышленных масштабах компания Entec Polymer Inc.).

Пример 19. Разметочный элемент из Примера 19 подобен разметочному элементу 10 из Примера 1, за исключением того, что корпус отформован из материала Xenoy 6370 (который поставляется в промышленных масштабах компанией GE Plastics).

Пример 20. Разметочный элемент из Примера 20 подобен поставляемому в промышленных масштабах разметочному элементу 3М 280, за исключением того, что он изготовлен с плитой основания из слоистого материала FR-4 толщиной 1/16 дюйма (0,16 см), который приклеен к верхней оболочке с помощью 3М Jet-Weld^TM.

Пример 21. Разметочный элемент из Примера 21 подобен поставляемому в промышленных масштабах разметочному элементу 911 из Stimsonite, представляющему собой разметочный элемент оболочкового типа, имеющий полученную литьевым формованием верхнюю оболочку, заполненную наполнителем, состоящим из эпоксида, стеклянных шариков и песка.

Пример 22. Разметочный элемент из Примера 22 является поставляемым промышленностью разметочным элементом из Pac-Tech (верхушечный разметочный элемент модели 918) оболочкового типа, имеющий полученную литьевым формованием верхнюю оболочку, заполненную наполнителем из эпоксида с песком.

Пример 23. Разметочный элемент из Примера 23 является поставляемым промышленностью разметочным элементом Swareflex, имеющим толстостенный, полученный литьевым формованием корпус с системой продольных и поперечных ребер.

Пример 24. Разметочный элемент из Примера 24 является поставляемым в промышленных масштабах разметочным элементом RayOlite модели 8704(S) оболочкового типа, заполненный в качестве наполнителя соединением эпоксида с песком.

Пример 25. Разметочный элемент из Примера 25 подобен разметочному элементу из Примера 6, за исключением того, что он содержит порученную литьевым формованием плиту основания 214 толщиной 0,055 дюйма (1,4 мм) со стеклянным матом. Условный модуль этого разметочного элемента не демонстрирует каких-либо улучшений, поскольку в процессе формования образца приблизительно по четырем углам разметочного элемента были выполнены четыре прокола, а в центре мата было образовано отверстие в 1 дюйм (2,54 см). Четыре шпильки использовали для удерживания мата в пресс-форме, а отверстие в мате было необходимо для того, чтобы позволить материалу проникнуть в полость, не сдвигая при этом стеклянный мат. Кроме того, стеклянный мат был недостаточно пропитан с нижней стороны плиты основания. Отверстия в плите основания и в стеклянном мате, как полагают, ослабляют конструкцию, предназначенную для измерения модуля упругости при изгибе. Однако похоже, что стеклянный мат все же способствует усилению основания разметочного элемента, так что образец имеет приблизительной такое же значение модуля, что и неармированное основание разметочного элемента из Примера 6.

Результаты измерения и расчета условного модуля приведены в прилагаемой таблице. Данные таблицы ясно показывают, что изготовленные литьевым формованием термореактивные разметочные элементы с высоким условным модулем могут быть получены за счет применения усиливающей плиты основания с высоким значением модуля; кроме того, она показывает, что эти значения условного модуля относятся к области сопоставимых, монолитных разметочных элементов жесткого и хрупкого типа, за исключением того, что эти разметочные элементы с плитой основания с высоким значением модуля достигают высокой ударной прочности, что позволяет им выдерживать ударные усилия, превышающие те усилия, которые могут выдерживать другие хрупкие разметочные элементы. Плиты основания более чем у половины этих пробных разметочных элементов были прикреплены с помощью клеев, позволяющих получить довольно значительную величину модуля. Однако мы также исследовали эффект способа крепления верхней оболочки к плите основания. Так, например, разметочные элементы из Примеров 1-5, 8-11 и 14-19 были собраны с применением клея-расплава. На практике плиты основания предпочтительно сваривать с корпусом вибрацией. Сварка вибрацией позволяет увеличить прочность соединения на порядки.

Кроме того, мы исследовали также эффект способов крепления, используемых для соединения основания с разметочным элементом. В разметочном элементе из Примера 6 для скрепления плиты основания с корпусом разметочного элемента использовали процесс сварки вибрацией. Хотя плита основания была изготовлена всего лишь из пластикового материала с низким значением модуля упругости, полученный условный модуль был значительно выше чем, скажем, у разметочного элемента из Примера 1, в котором слоистый материал FR-4 имеет гораздо более высокий модуль упругости при изгибе. Это объясняет, почему увеличение толщины слоистого материала FR-4 вызывает лишь минимальное увеличение условного модуля; это связано с тем, что передача нагрузки не оптимизируется из-за расслаивания клея.

В качестве подходящих для применения в разметочном элементе рассматриваются различные типы световозвращающих линз и способов их крепления. Подробные описания световозвращающих линз приведены в патентах США NN 3712706, 4875798 и 4895428, выданных Нельсону и др.; патенте США N 3924929, выданном Хоулмену, патенте США N 4349598, выданном Уайту и в патенте США N 4726706, выданном Аттару, которые все полностью включены сюда в качестве аналогов.

В первом примере осуществления изобретения систему линз получают, поместив лист прозрачного поликарбоната (поставляемого в промышленных масштабах компанией GE Plastics, Питтсфилд, шт. Массачусетс) на оснастку с кубическими уголками, приложив к нему тепло и давление, после чего позволив листу охладиться и сформировав таким образом листовой материал с микрокубическими уголками. Из этого листа затем вырубают линзы, которые могут быть использованы одним из двух способов. При первом способе отдельные линзы приваривают ультразвуком к пазам в корпусе. Эти пазы содержат направляющие для энергии, расположенные в общем в форме треугольной сетки, выбранной для оптимизации сохранения конструкционной целостности линз под воздействием ударов транспортных средств и для оптимизации световозвращающей способности линз. Во втором случае на линзу путем осаждения из пара наносят алюминиевое покрытие. Затем линзы крепятся к торцевым поверхностям верхней оболочки с помощью, например, клея, склеивающего при надавливании. Когда на линзу осаждением из пара наносят алюминиевое покрытие, торцевые поверхности верхней оболочки не снабжаются направляющими для энергии.

Первый способ позволяет получить разметочный элемент с более яркими линзами, в то время как линзы согласно второму примеру осуществления теряют из-за наличия алюминиевого покрытия около 40% своей яркости. Хотя линзы по первому примеру осуществления потеряют часть своей яркости, они теряют значительно меньше, чем линзы по второму варианту. Кроме того, они имеют постоянно герметизированные от попадания влаги участки, ограниченные сеткой направляющих для энергии.

В третьем примере осуществления линза может быть выполнена с помощью процесса литьевого формования. Оснастку с микрокубическими уголками вырезают в форме отдельной линзы, с сеткой направляющих для энергии, выполненной на каждой отдельной линзе. Поэтому при формовании каждой линзы она получает нужную форму без необходимости применения вырубки и содержит встроенные направляющие для энергии. Система линз согласно третьему примеру осуществления исключает также необходимость в формировании сетки направляющих для энергии на торцевых поверхностях верхней оболочки; торцевые поверхности верхней оболочки делают плоскими. Направляющие для ультразвуковой энергии, выполненные на линзе, обладают тем преимуществом, что яркость линзы может быть задана в соответствии с количеством кубиков, которые будут иметься. Формирование линз путем литьевого формования с образующими одно целое направляющими для энергии контролирует разрушение кубиков во время сварки, поскольку количество теряемых кубиков определяется во время конструирования линзы. Линзы с образующими с ними одно целое направляющими энергии могут быть соединены посредством ультразвуковой сварки с торцевыми поверхностями верхней оболочки таким же образом, как и линзы без направляющих для энергии, путем размещения линз на открытой торцевой поверхности.

Специалистам в данной области техники на основании вышеизложенного должна быть очевидна возможность модификаций и изменений описанных выше примеров осуществления. Так, например, схема сетки системы ребер может варьироваться путем изменения радиуса на пересечениях продольных и поперечных ребер и на стыках ребер с внутренней стенкой верхней оболочки. Сопоставление моделей с большим радиусом (приблизительно 0,062 дюйма (0,157 см)) и моделей с меньшим радиусом (приблизительно 0,031 дюйма (0,079 см)) показывает, что система ребер с большим радиусом обладает более высокой усталостной прочностью. Однако сравнительные испытания схемы ребер с концентрическими и радиальными ребрами показывают, что такая схема прочнее, чем схема в форме решетки.