AT528250A1 - Messvorrichtung zum mechanischen Analysieren einer Probe, Verfahren und Verwenden - Google Patents

Abstract

Eine Messvorrichtung (100) zum mechanischen Analysieren einer Probe (110), wobei die Messvorrichtung (100) aufweist: einen Fühlstempel (120) zum Bereitstellen einer Kraft an die Probe (110); eine erste Wegmessvorrichtung (130, 133) zum Detektieren einer Längenänderung der Probe (110), unter der Krafteinwirkung; einen Hybridantrieb (140) zum Kompensieren des Einflusses der Längenänderung der Probe (110) auf den Fühlstempel (120), wobei der Hybridantrieb (140) aufweist: eine erste Antriebseinheit (141), welche dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) in Richtung der Längenänderung zu bewegen, insbesondere zum Einstellen einer Nulllage der Messvorrichtung (100); eine zweite Antriebseinheit (142), welche dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) in Richtung der Längenänderung zu bewegen, insbesondere während eines Messvorgangs, wobei die zweite Antriebseinheit (142) eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) präziser zu bewegen als die erste Antriebseinheit (141); eine Steuereinheit (170), welche dazu eingerichtet ist, die erste und zweite Antriebseinheit (141, 142) zu steuern.

Description

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Messvorrichtung zum mechanischen Analysieren einer Probe, Verfahren und Verwenden

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum mechanischen Analysieren einer Probe, beispielsweise zur Anwendung als Rheometer bzw. Viskometer. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen einer Probe mittels einer thermomechanischen Analyse sowie ein Verfahren zum Messen einer Probe mittels einer dynamisch-mechanischen Analyse. Ferner betrifft die Erfindung ein

Verwenden.

Technischer Hintergrund

Die Funktionsweise einer Messvorrichtung, beispielsweise eines Viskometers, ist prinzipiell bekannt und beispielsweise im Dokument AT 404 192 B beschrieben. Kurz umrissen ist eine solche Messvorrichtung mit einem Messmotor ausgestattet, der eine Messwelle antreibt. Die Messwelle trägt beispielsweise eine in einem Luftlager eines Stators gelagerte Scheibe. Außerdem hat die Messvorrichtung eine Kraftmesseinrichtung, die einen Wegsensor aufweist. Die Kraftmesseinrichtung ist dazu bestimmt, Axialbewegungen der Messwelle zu messen. Die zu untersuchende Substanz kann beliebiger Art sein

und kann ein plastisch-elastisches Verhalten zeigen.

Figur 5 zeigt eine Messvorrichtung 200 nach einem bekannten Stand der Technik. In der Messvorrichtung 200 wird eine Probe 210 zwischen einer starren, ortsfesten Plattform 292 und einem Fühlstempel 220 eingespannt. Eine Aufhängungsvorrichtung 250 verbindet den Fühlstempel mit der Welle eines Tauchspulenaktors 241. Der Tauchspulenaktor 241 ist auch als ein sogenannter Voice-Coil-Actuator bekannt. Die Welle des Tauchspulenaktors 241 ist wiederum mit elastisch deformierbare Elemente 261 gekoppelt. Der Tauchspulenaktor 241 kann über elastisch deformierbare Elemente 261 den Fühlstempel 220 bewegen. Zum Detektieren eine Längenänderung der Probe 210 ist an einem dem Fühlstempel 220 entgegengesetzten Ende der Aufhängungsvorrichtung 250 ein Differentialtransformator 230 (LVDT) angeordnet. Die Messvorrichtung 200 nach

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-2dem bekannten Stand der Technik weist allerdings den Nachteil auf, dass die Genauigkeit des Tauchspulenaktors 241 für hochpräzise Anwendungen nicht ausreicht.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung zum mechanischen Analysieren bereitzustellen, welche eine robuste, zuverlässige,

und effiziente Messung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in

den abhängigen Ansprüchen gezeigt.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Messvorrichtung zum mechanischen Analysieren einer Probe beschrieben, wobei die Messvorrichtung aufweist: einen Fühlstempel zum Bereitstellen einer Kraft, insbesondere einer, Anpresskraft an die Probe; eine erste Wegmessvorrichtung zum Detektieren einer Längenänderung der Probe, unter der Krafteinwirkung; einen Hybridantrieb zum Kompensieren des Einflusses der Längenänderung der Probe auf den Fühlstempel, wobei der Hybridantrieb aufweist: eine erste Antriebseinheit, welche dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel in Richtung der Längenänderung zu bewegen, insbesondere zum Einstellen einer Nulllage der Messvorrichtung; eine zweite Antriebseinheit, welche dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel in Richtung der Längenänderung zu bewegen, insbesondere während eines Messvorgangs, wobei die zweite Antriebseinheit eingerichtet ist, den Fühlstempel präziser zu bewegen als die erste Antriebseinheit; eine Steuereinheit, welche dazu eingerichtet ist, die erste und zweite Antriebseinheit

Zu steuern.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Messen einer Probe beschrieben, wobei das Messen insbesondere eine thermomechanische Analyse aufweist. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf: a. Bereitstellen der Kraft, insbesondere der Anpresskraft an die Probe; b. Beaufschlagen der Probe mit einem kontrollierten

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-3Temperaturprogramm; c. Kompensieren der Längenänderung der Probe aufgrund der Kraft, insbesondere der Anpresskraft und/oder der Temperatur während der Messung, So dass eine konstante Kraft, insbesondere Anpresskraft bereitgestellt wird; und d. Messen der Längenänderung der Probe. Die Längenänderung der Probe kann insbesondere aufgrund der Kraft, insbesondere Anpresskraft

und/oder der Temperatur erfolgen.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Messen einer Probe beschrieben, wobei das Messen eine dynamisch-mechanischen Analyse aufweist. Das Verfahren weist folgende Verfahrensschritte auf: a. Bereitstellen einer modulierten Kraft, insbesondere einer modulierten Anpresskraft auf die Probe; und b. Ansteuern der ersten Antriebseinheit und/oder der zweiten Antriebseinheit, so dass die Längenänderung der Probe infolge der modulierten Kraft, insbesondere der modulierten Anpresskraft und/oder einer Temperatureinwirkung durch eine

Bewegung des Fühlstempels kompensiert wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verwenden der Vorrichtung oder des Verfahrens zur Ermittlung eines

Verformungs- und/oder Fließverhaltens eines Materials beschrieben.

In diesem Dokument kann der Begriff „Messvorrichtung“ insbesondere eine Vorrichtung bezeichnen, welche eingerichtet ist, physikalische Eigenschaften einer Probe zu messen, und hierfür einen Messantrieb mit einer Motorgetriebenen Welle verwendet. Hierbei kann die Messvorrichtung mittels der Welle, welche mit der Probe direkt oder indirekt gekoppelt wird, eine Information messen, welche für die physikalischen/chemischen Eigenschaften der Probe indikativ ist. Die indirekte Kopplung der Probe mit der Welle wird dabei mit Messteilen an der Welle durchgeführt, wobei unterschiedliche Messteilsysteme bekannt sind wie beispielsweise Platte-Platte Anordnungen, Kegel-Platte Anordnungen, sowie konzentrische Zylinderanordnungen bis hin zu Festkörpereinspannungen für beispielsweise Dehnversuche. Die Messvorrichtung kann also z.B. ein „Rheometer“ sein, welches wiederum eingerichtet ist, die rheologischen Eigenschaften einer Probe zu bestimmen. Der Begriff „Rheometer“ umfasst hierbei beispielsweise ein Rotationsviskosimeter, ein

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„4 Rotationsrheometer, ein Oszillationsrheometer, oder ein kombiniertes Rotationsund Oszillationsrheometer sowie Anordnungen zur dynamisch mechanischen

Analyse mit linearer Beanspruchung.

In diesem Dokument kann der Begriff „Anpresskraft“ insbesondere eine Kraft bezeichnen, die konstant oder dynamisch auf die Probe auswirkt. Eine konstant auswirkende Anpresskraft kann insbesondere eine über einen Zeitverlauf unveränderliche Kraft sein, während eine dynamisch auswirkende Anpresskraft über einen Zeitverlauf veränderlich sein kann. Insbesondere kann die Anpresskraft eine Messkraft sein, wobei die Anpresskraft direkt oder vorzugsweise indirekt gemessen wird. Insbesondere kann die Probe einer Anpresskraft ausgesetzt werden, infolgedessen verformt sich die Probe und aus dieser Verformung können anderweitige Messungen gemacht werden. Die Anpresskraft kann also dazu veranlassen, weitere Messungen aus der Verformung der Probe vorzunehmen. Die Anpresskraft kann insbesondere eine mechanische Messkraft sein. Die Anpresskraft kann vorzugsweise von einer Antriebseinheit stammen und/oder aus mindestens einem Teil des Eigengewichts

der Messvorrichtung stammen.

In diesem Dokument kann der Begriff „Fühlstempel“ insbesondere ein Teil der Messvorrichtung bezeichnen, welche mit der Probe im Eingriff steht. Der Fühlstempel kann eine mechanische Kraft, insbesondere Anpresskraft auf die Probe übertragen. Insbesondere kann der Fühlstempel eine Kraft, insbesondere Anpresskraft auf die Probe übertragen. Der Fühlstempel kann also ein Übertragungsmedium sein, wobei die Anpresskraft außerhalb des Fühlstempels stammen kann. Vorzugsweise kann die Anpresskraft von einer Antriebseinheit stammen. Der Fühlstempel kann diese von einer Antriebseinheit stammenden Kraft als Anpresskraft auf die Probe ausüben. Vorzugsweise kann die Anpresskraft auch aus mindestens einem Teil des Eigengewichts stammen. Der Fühlstempel kann insbesondere eine längliche Erstreckung aufweisen, wobei eine Erstreckungsrichtung in eine Hauptrichtung der Längenänderung der Probe sein kann. Insbesondere kann die Erstreckungsrichtung des Fühlstempels in die Schwerkraftrichtung liegen. Der Fühlstempel kann insbesondere an einem Ende eines Stabs angeordnet sein. Der Fühlstempel kann auch an einem Ende einer Aufhängung angeordnet sein, wobei der Fühlstempel an einem Ende gebogen

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-5sein kann. Bevorzugt kann der Fühlstempel einstückig sein. Ebenfalls bevorzugt kann der Fühlstempel auch mehrere Teile umfassen.

In diesem Dokument kann der Begriff „Probe“ insbesondere ein zu untersuchendes Element bezeichnen, dessen physikalische Eigenschaften gemessen werden soll. Die Probe kann insbesondere ein Feststoff sein, oder auch ein Gel oder auch flüssig sein. Die Probe kann insbesondere ein Kompositmaterial umfassen, wobei eine beliebige Kombination unterschiedlicher Aggregatzustände und/oder des gleichen Aggregatzustandes bei der Materialzusammensetzung der Probe vorkommen kann. Die Probe kann insbesondere ein Kunststoff, ein Metall oder ein Holz sein. Insbesondere kann die Probe eine rheologische Eigenschaft

aufweisen.

In diesem Dokument kann der Begriff „rheologische Eigenschaft“ insbesondere eine Eigenschaft einer Probe, insbesondere einer Flüssigkeit, bezeichnen, die das Verformungs- und/oder Fließverhalten der Probe betrifft. Hierbei kann eine rheologische Eigenschaft beispielsweise die Viskosität, die Elastizität, oder die Viskoelastizität der Probe sein. Im diesem Dokument kann der Begriff „indikative Information“ insbesondere eine Messgröße bezeichnen, welche mittels einer Messeinheit erfassbar ist. Beispielsweise kann sich, wie oben beschrieben, die rheologische Eigenschaft einer Probe (welche mit einer rotierenden Welle gekoppelt ist) auf die Bewegungscharakteristik der rotierenden Welle auswirken. So kann sich z.B. das wirkende Drehmoment oder die Normalkraft entsprechend der visko-elastischen Eigenschaften der Probe verändern. Diese Änderung der Bewegungscharakteristik würde dann einer indikativen Information entsprechen, welche (z.B. mittels Motorstrom, sich einstellenden Drehwinkel oder kapazitiv) mit einer Messeinheit erfasst werden kann. Aus der indikativen Information können dann wiederum Rückschlüsse auf

die rheologische Eigenschaft der Probe gezogen werden.

In diesem Dokument kann der Begriff „Wegmessvorrichtung“ insbesondere ein Instrument zum Messen eines Weges bezeichnen. Die Wegmessvorrichtung kann ein optischer Encoder, ein Differentialtransformator bzw. „Linear Variable Differential Transformer (LVDT) sein. Die Wegmessvorrichtung kann auch ein Dehnmessstreifen (DMS) oder ein kapazitiver Sensor sein. Im Kontext dieses

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-6Dokuments kann eine erste Wegmessvorrichtung insbesondere eine Längenänderung der Probe detektieren bzw. messen. Eine zweite Wegmessvorrichtung kann insbesondere eine Verformung eines anderen Körpers detektieren bzw. messen, der mit der Probe und/oder gekoppelt ist. Insbesondere kann die zweite Wegmessvorrichtung die Verformung eines Verbindungskörpers detektieren bzw. messen, welcher einerseits zwischen der Probe bzw. dem Fühlstempel und andererseits einer Antriebseinheit angeordnet ist. Die erste Wegmessvorrichtung kann insbesondere Teil einer Aufhängung sein und/oder des Fühlstempels sein. Die erste Wegmessvorrichtung kann insbesondere an einem Ende einer Aufhängung angeordnet sein. Insbesondere kann die erste Wegmessvorrichtung an einem dem Fühlstempel

entgegengesetzten Ende angeordnet sein.

In diesem Dokument kann der Begriff „Längenänderung“ insbesondere eine physikalische Änderung in mindestens einer Dimension bezeichnen. Es kann insbesondere vorkommen, dass die Probe unter der Auswirkung einer Kraft, insbesondere der Anpresskraft sich in alle drei Raumrichtungen verändert. Besonders bevorzugt bezeichnet die Längenänderung die physikalische Änderung in die Längsrichtung, also vorzugsweise die Richtung, in welche die Kraft, insbesondere Anpresskraft auf die Probe auswirkt. Besonders bevorzugt ist diese die Richtung, in welche die erste Antriebseinheit verschiebt. Insbesondere kann bei der Längenänderung auch eine volumetrische Änderung gemeint sein. Es kann also auch eine volumetrische Änderung gemessen werden. Insbesondere kann die Probe in mindestens einem Teil eines inkompressiblen Flüssigkeitsreservoirs sein. Unter Auswirkung der Kraft, insbesondere Anpresskraft kann insbesondere das Volumen der Probe und/oder des Flüssigkeitsreservoirs sich verändern. Die Längenänderung kann also eine

Volumenänderung bedeuten.

In diesem Dokument kann der Begriff „Hybridantrieb“ insbesondere eine Antriebseinheit mit mindestens zwei Antriebseinheiten bezeichnen. Der Hybridantrieb ist vorzugsweise eine integrale Antriebseinheit aus zwei Antriebseinheiten, deren Wirkungsweise miteinander abgestimmt und/oder koordiniert sein können. Insbesondere kann eine Antriebseinheit des Hybridantriebs größere Veränderungen als die andere Antriebseinheit des

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„-7Hybridantriebs hervorrufen. Bevorzugt sollten jedoch die Antriebseinheiten jeweils unterschiedliche Charakteristiken aufweisen. Beispielsweise kann eine Antriebseinheit des Hybridantriebs größere aber weniger präzise, also grobere Bewegungen ausführen, die andere Antriebseinheit des Hybridantriebs kann zwar kleinere aber präzisiere Bewegungen ausführen. Insbesondere kann der Hybridantrieb zweier Bewegungsmodi mithilfe der mindestens zwei Antriebseinheiten bewerkstelligen. Ein erster Bewegungsmodus kann insbesondere ein grober Bewegungsmodus und ein zweiter Bewegungsmodus kann insbesondere ein präziser Bewegungsmodus sein. Insbesondere können die mindestens zwei Antriebseinheiten des Hybridantriebs miteinander gekoppelt sein oder auch voneinander entkoppelt sein. Die Wirkungsweise der mindestens zwei Antriebseinheiten des Hybridantriebs kann aber auch in einem entkoppelten Zustand miteinander abgestimmt werden. Mit einem „Modus“ kann allgemein

eine Wirkungsweise gemeint sein.

Der Begriff „erste Antriebseinheit“ kann insbesondere einen groben Antrieb bezeichnen. Die erste Antriebseinheit kann beispielsweise eine Motor-SpindelKombination sein. Die erste Antriebseinheit kann beispielsweise eine Hublänge von 10 mm aufweisen. Die Hublänge kann jedoch ebenso größer oder geringer sein. Beispielsweise kann die erste Antriebseinheit auch Hublängen von 100 mm, 50 mm oder 5 mm aufweisen. Die erste Antriebseinheit kann insbesondere dazu bestimmt sein, einen ersten Bewegungsmodus auszuführen, der größere Wege als einen zweiten, präzisieren Bewegungsmodus zurücklegen kann. Die erste Antriebseinheit kann insbesondere dazu bestimmt sein, die ganze Messvorrichtung zu bewegen, vorzugsweise in Richtung der Längenänderung. Insbesondere kann die erste Antriebseinheit die Kraft, insbesondere Anpresskraft auf die Probe erhöhen oder reduzieren. Insbesondere lässt sich mit der ersten Antriebseinheit entgegengesetzt zur Schwerkraftrichtung die Kraft, insbesondere die Anpresskraft auf die Probe reduzieren. Das „Bewegen“ mittels der ersten Antriebseinheit kann auch ein Verstellen, ein Kompensieren, ein Verschieben

umfassen. Der Begriff „zweite Antriebseinheit“ kann insbesondere einen präzisen

Antrieb bezeichnen. Die zweite Antriebseinheit kann beispielsweise ein Piezoantrieb sein. Die zweite Antriebseinheit kann insbesondere eine Hublänge

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-8von 1 mm oder weniger, insbesondere einige micrometer aufweisen. Insbesondere kann die zweite Antriebseinheit auch Hublängen von 500um, 100um, 50um aufweisen. Die zweite Antriebseinheit kann mit dem Fühlstempel und mit dem ersten Antrieb gekoppelt sein. Insbesondere kann die zweite Antriebseinheit dazu bestimmt sein, deutlich schneller und/oder präziser Wegbzw. Dimensionsänderungen vorzunehmen. Die zweite Antriebseinheit kann insbesondere bei dem Zusammenwirken mit der ersten Antriebseinheit Vorteile sowohl bei der Genauigkeit und Schnelligkeit als auch eines größeren Messbereichs erzielen. Die zweite Antriebseinheit kann beispielsweise eine Auslenkung bzw. Verfahrbewegung in horizontaler Richtung verursachen, wobei die Auslenkung bzw. Verfahrbewegung wiederum in eine vertikale Bewegung umgewandelt wird. Die Umwandlung der horizontalen Bewegung in eine vertikale

Bewegung kann mithilfe eines Festkörpergelenks geschehen.

In diesem Dokument kann der Begriff „Nulllage“ eine Messposition bezeichnen, in welcher die erste Antriebseinheit so in Position gebracht wird, dass die zweite Antriebseinheit mittig ausgerichtet ist. Insbesondere kann die erste Antriebseinheit in der Mitte des Verfahrweges der zweiten Antriebseinheit ausgerichtet sein. Die mittige Ausrichtung der zweiten Antriebseinheit kann also den Vorteil aufweisen, eine größtmögliche Bewegung in beide Richtungen auf einem geradlinigen Verfahrweg zu gewährleisten. Insbesondere kann mit einer Nulllage eine neutrale Messposition gemeint sein. Insbesondere kann es bei der Nulllage eine Messposition sein, bei der die Längenänderung der Probe bereits kompensiert ist. Es kann also nämlich vorkommen, wenn die Probe einer Kraft, insbesondere Anpresskraft aufgrund eines Eigengewichts von mindestens einem Teil der Messvorrichtung und/oder einer angetriebenen Kraft, insbesondere Anpresskraft ausgesetzt ist, dass die Probe sich in Richtung der Längenänderung bewegt. Die Probe kann also beispielsweise gestaucht werden, wodurch sich die Länge der Probe verändert. Die erste Antriebseinheit des Hybridantriebs kann also diese Längenänderung kompensieren. Beispielsweise kann das Eigengewicht eine Kraft, insbesondere Anpresskraft ausüben, welche größer ist als die für die Messung notwendig ist. Die Probe kann also infolgedessen aufgrund dieses Eigengewichts sich um 2 mm nach unten, also in Richtung der Schwerkraft bewegen, die erste Antriebseinheit kann also den Fühlstempel und/oder die zweite Antriebseinheit ebenfalls um 2 mm nach unten verschieben und somit die

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-9zweite Antriebseinheit mittig auszurichten. Die zweite Antriebseinheit kann also dann mit einer deutlich besseren Präzision eine kleinere Längenänderung erfassen. Die Nulllage kann also insbesondere eine Messposition bezeichnen, in der keine Relativbewegung zwischen der zweiten Antriebseinheit und der Probe

zu Beginn eines Messvorgangs zu verzeichnen ist.

In diesem Dokument kann der Begriff „Messvorgang“ einen Messzeitraum bezeichnen, in dem die beabsichtigte Messung unterzogen wird. Insbesondere kann ein Messvorgang dann beginnen, wenn die für die Messung beabsichtigte bzw. notwendige Kraft, insbesondere Anpresskraft bereitgestellt ist. Insbesondere kann ein Messvorgang beginnen, nachdem der Einfluss der

Längenänderung der Probe auf den Fühlstempel kompensiert ist.

In diesem Dokument kann der Begriff „Steuern“ auch ein Regeln, Einstellen umfassen. In diesem Zusammenhang kann die Steuereinheit die erste und zweite Antriebseinheit sowohl unabhängig voneinander als auch voneinander abhängig steuern. Das Steuern kann der Antriebseinheiten kann zeitlich hintereinander erfolgen oder auch zeitgleich, also simultan erfolgen. Die erste und zweite Antriebseinheit kann also simultan mithilfe der Steuereinheit gesteuert werden. Das Steuern kann insbesondere koordiniert ablaufen, also die Steuerung der zweiten Antriebseinheit kann abhängig von der Steuerung der

ersten Antriebseinheit erfolgen oder auch umgekehrt.

In diesem Dokument kann der Begriff „mechanisches Analysieren“ allgemein ein Messen bezeichnen oder auch umgekehrt. Insbesondere kann mit einem mechanischen Analysieren ein sowohl direktes als auch indirektes Erfassen von Messwerten umfassen gemeint sein. Auch kann ein mechanisches Analysieren ein Ableiten von Parametern umfassen, welche infolge einer Messung gewonnen werden. Beispielsweise kann es bei der Messung eine Längenänderung erfasst sein und aus der Längenänderung eine Kraft abgeleitet werden und umgekehrt. Insbesondere ist mit einem „mechanischen Analysieren einer Probe“ physikalische Zustandsgrößenänderungen gemeint, wobei auch elektrische oder digitale Parameter daraus abgeleitet werden können. Beispielsweise können physikalische Zustandsänderungen auch Änderungen von elektrischen Parametern verursachen, beispielsweise einen elektrischen und/oder digitalen

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- 10 Parameter einer Antriebseinheit. Der Parameter kann auch ein Betriebsparameter umfassen, also ein Parameter, welcher zum Betrieb einer Antriebseinheit und/oder der Messvorrichtung bestimmt ist. Das mechanische Analysieren umfasst auch Analysen thermisch oder nicht-thermischer Art, wobei die Probe

Temperatur- und/oder Druckänderungen ausgesetzt werden kann.

Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann die Erfindung auf der Idee basieren, dass eine Messvorrichtung zum mechanischen Analysieren auf robuste, genaue und effiziente Weise bereitgestellt werden kann, wenn die Stärken von mindestens zwei unterschiedlichen Antriebsarten in eine Zusammenwirkung gebracht wird. Basierend auf der vorliegenden Erfindung kann z.B. höchste Präzision, insbesondere im Nanometerbereich, trotz größerer Verfahrwege mithilfe eines Hybridantriebs ermöglicht werden kann. Die erste Antriebseinheit kann insbesondere einen Grobaktuator wie eine Motor-SpindelKombination aufweisen. Die zweite Antriebseinheit kann insbesondere einen Feinaktuator wie beispielsweise einen Piezoaktuator aufweisen. Der Piezoaktuator kann eine begrenzte Auslenkung aufweisen, die allerdings von der Probe überschritten werden kann, sodass eine Betätigung allein mithilfe des Piezoaktuators nicht geeignet sein kann. Die Erfinder haben herausgefunden, dass es vorteilhaft sein kann, die gesamte Messvorrichtung so zu verschieben, dass Längenänderungen der Probe kompensiert werden. Solche Längenänderungen können insbesondere dann auftreten, wenn die Kraft, insbesondere Anpresskraft aufgrund mindestens eines Teils des Eigengewichts der Messvorrichtung auf die Probe wirkt. Die Messvorrichtung kann also eine Kraft auf die Probe aufgrund der Schwerkraft ausüben. Die Messvorrichtung kann also in Schwerkraftrichtung ausgerichtet sein und die Probe verformt sich hauptsächlich in Richtung der Schwerkraft. Es kann insbesondere vorkommen, dass die anfänglich auf die Probe ausgeübte Kraft, insbesondere Anpresskraft aufgrund des Eigengewichts der Messvorrichtung größer ist als für die Messung bestimmte, also notwendige bzw. gewünschte Kraft. Es kann also notwendig sein, einen gewissen Betrag der Kraft zu kompensieren, also die auf die Probe ausgeübte Anpresskraft zu reduzieren. Dies kann insbesondere mittels der ersten Antriebseinheit geschehen, indem die erste Antriebseinheit den Fühlstempel entgegengesetzt der Schwerkraftrichtung bewegt und selbst einen Teil des Eigengewichts von der Messvorrichtung trägt. Dabei kann die zweite

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-11Antriebseinheit so ausgerichtet sein, dass die zweite Antriebseinheit in eine Nulllage, also in eine neutrale Messposition gebracht wird. Insbesondere kann der Messvorgang dann beginnen, nachdem eine solche Kompensation erfolgt ist. Die nun auf die Probe ausgeübte Kraft kann nun mithilfe des Hybridantriebs angepasst werden, sodass weitere kleinere Längenänderungen der Probe mithilfe der zweiten Antriebseinheit, welche präziser ist als die erste Antriebseinheit, höchst genau erfasst werden können. Insbesondere kann die zweite Antriebseinheit auch die Bewegung (Hubbewegung) der ersten Antriebseinheit kompensieren, insbesondere wenn die erste Antriebseinheit beispielsweise aufgrund der größeren Verfahrwege, also der größeren Hubbewegungen Fehler verursachen (beispielsweise Bewegungstoleranzen in einem Aktuator der ersten Antriebseinheit, zum Beispiel als Motor-Spindel-Kombination). Die Steuereinheit kann also insbesondere die erste und zweite Antriebseinheit simultan steuern. Insbesondere kann die Steuereinheit mithilfe einer ersten Wegmessvorrichtung wie eines optischen Encoders oder eines Differentialtransformators (LVDT) steuern oder auch einer zweiten Wegmessvorrichtung wie eines Dehnungsmessstreifensensors oder eines kapazitiven Sensors steuern. Die zweite Antriebseinheit kann also eine Doppelfunktion ausüben, kann also auch Fehler der ersten Antriebseinheit kompensieren und noch dazu, zusätzlich höchstgenaue Messgrößen, also für den Messvorgang bestimmte Längenänderungen erfassen. Mit einem Hybridantrieb lässt sich also einen feinen Bewegungsmodus mithilfe der zweiten Antriebseinheit und einen groben

Bewegungsmodus mithilfe der ersten Antriebseinheit realisieren.

Die Erfinder haben nämlich auch festgestellt, dass ein Hybridantrieb auch So eingesetzt werden kann, dass die erste Antriebseinheit eine für die Messung vorbestimmte Kraft, insbesondere Anpresskraft auf die Probe aufgebracht werden kann und die zweite Antriebseinheit die infolge der Kraft verursachenden Längenänderungen erfassen. Insbesondere kann die erste Antriebseinheit in einer rotierenden Vorrichtung integriert werden können, deren Drehachse in einer zur Hubbewegung orthogonalen Ebene liegt. Die erste Antriebseinheit kann also rotierend eine Kraft auf die Probe aufbringen und eine Längenänderung verursachen, die orthogonal zur Rotation ausgerichtet ist. Die zweite Antriebseinheit kann also Fehler aufgrund der Bewegung (Hubbewegung) der ersten Antriebseinheit zunächst kompensieren und Messgrößen erfassen. Die

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- 12 Messgrößen, also Längenänderungen der Probe, können aufgrund der von der ersten Antriebseinheit ausgeübten Kraft zustande kommen.

Exemplarische Ausführungsbeispiele

Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele der

Vorrichtung und des Verfahrens beschrieben.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung eine Aufhängungsvorrichtung auf, welche mit dem Fühlstempel gekoppelt ist, und eingerichtet ist zum Bereitstellen einer konstanten Kraft, insbesondere einer konstanten Anpresskraft an die Probe, wobei die Kraft, insbesondere die Anpresskraft zumindest teilweise aufgrund des Eigengewichts von mindestens

einem Teil der Messvorrichtung bereitgestellt wird.

Die Aufhängungsvorrichtung kann insbesondere so ausgestaltet sein, dass der Fühlstempel an einem Ende gebogen und in Gestalt eines Hakens geformt wird. Der Fühlstempel kann also dann auf die Probe aufgehängt werden und die Messvorrichtung kann also auf der Probe aufgehängt werden. Die gesamte Messvorrichtung kann insbesondere mithilfe der ersten Antriebseinheit so verschoben werden, dass Längenänderungen der Probe kompensiert werden. Solche Längenänderungen können insbesondere dann auftreten, wenn die Kraft aufgrund mindestens eines Teils des Eigengewichts der Messvorrichtung auf die Probe wirkt. Die Messvorrichtung kann also eine Anpresskraft auf die Probe aufgrund der Schwerkraft ausüben. Die Messvorrichtung kann also in Schwerkraftrichtung ausgerichtet sein und die Probe verformt sich hauptsächlich in Richtung der Schwerkraft. Dies hätte auch den Vorteil, dass die Kraft nicht aktiv von einer Antriebseinheit aufgebracht werden muss, sondern lediglich von der Messvorrichtung selbst. Dies könnte helfen, den Betrag der Kraft höchstgenau zu dosieren, indem die Kraft mithilfe des Hybridantriebs auf einen vorbestimmten Wert reduziert wird. Es kann insbesondere vorkommen, dass das Konzept der Reduktion der Kraft, also eine indirekte Anbringung der Anpresskraft durch Reduktion eine bessere Genauigkeit gewährleisten kann als eine

vorbestimmte Anpresskraft direkt und aktiv auf die Probe aufzubringen.

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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung einen Verbindungskörper auf, wobei der Verbindungskörper dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel mit mindestens einem Teil des Hybridantriebs zu koppeln, insbesondere mit der ersten Antriebseinheit, wobei der Verbindungskörper zumindest eines der folgenden aufweist: ein elastisch deformierbares Element zum Regeln der Kraft, insbesondere Anpresskraft auf die Probe; eine zweite Wegmessvorrichtung, insbesondere ein Dehnmessstreifen, zum Messen einer Deformation des Verbindungskörpers; die zweite Antriebseinheit zum Kompensieren einer Längenänderung der Probe infolge einer mechanischen oder

thermischen Einwirkung auf die Probe.

Der Verbindungskörper kann insbesondere mehrere Teile umfassen, wobei der Verbindungskörper als integrales Teil verstanden werden kann. Insbesondere kann der Verbindungskörper als Übertragungsglied verstanden werden, wobei der Verbindungskörper eine Kraft bzw. Anpresskraft zwischen der ersten Antriebseinheit und dem Fühlstempel übertragen kann. Der Verbindungskörper kann insbesondere dazu ein elastisch deformierbares Element, beispielsweise eine Feder, aufweisen, welches die Kraft regeln und/oder bereitstellen und/oder messen kann. Das Messen kann direkt oder indirekt mithilfe einer Messvorrichtung, insbesondere mithilfe der ersten und/oder der zweiten Wegmessvorrichtung sein. Eine mechanische Einwirkung auf die Probe kann insbesondere ein Anpressen und/oder ein Ziehen der Probe gemeint sein. Eine thermische Einwirkung auf die Probe kann insbesondere ein Heizen oder ein Kühlen der Probe gemeint sein. Die zweite Antriebseinheit, beispielsweise ein Piezoantrieb, kann insbesondere mindestens ein Teil des Verbindungskörpers und/oder auch den Verbindungskörper selbst auslenken. Dies hätte den Vorteil, dass die Kraft effektiv auf das erforderliche Maß kompensiert werden kann und zusätzlich die Fehler kompensieren, die insbesondere durch die erste Antriebseinheit entstehen können. Solche Fehler können beispielsweise aus einer Kombination aus einer Linearführung und Motorspindel über die gesamte Bewegung der ersten Antriebseinheit entstehen. Die gesamte Bewegung der ersten Antriebseinheit kann insbesondere als Verfahrweg bzw. Bewegung in Richtung der Längenänderung oder als der gesamte Weg gemeint, über den die

Probe sich bewegen kann, gemeint sein. Dadurch kann über den gesamten

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„14 Verfahrweg eine konstante Kraft erhalten bleiben, wobei der Verfahrweg nur durch die Länge der Linearführung und der Spindel begrenzt ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Verbindungskörper in Gestalt eines Parallelogramms ausgebildet ist, und/oder der Verbindungskörper ist zwischen dem Fühlstempel und mindestens einem Teil des Hybridantriebs,

insbesondere der ersten Antriebseinheit, angeordnet ist.

Der Verbindungskörper kann insbesondere zwischen der ersten Antriebseinheit, die beispielsweise an einem festen Ort gelagert sein kann, und dem Fühlstempel eingespannt sein. Der Verbindungskörper kann also Kräfte übertragen, um eine Kraft auf die Probe zu erhöhen oder zu reduzieren. Dadurch, dass der Verbindungskörper in Gestalt eines Parallelogramms ausgebildet ist, hätte dies den Vorteil, dass die mithilfe der Verbindungskörper übertragene Kraft deutlich präziser dosiert werden kann und infolgedessen die Messgenauigkeit erheblich verbessern. Insbesondere kann die Ausgestaltung als Parallelogramm dazu bewirken, dass die zweite Antriebseinheit eine Auslenkung herbeiführen kann, welche eine noch kleinere Auslenkung im Verbindungskörper zufolge hat. Insbesondere kann diese Wirkungsweise mögliche Fehler sogar noch verkleinern. Diese Wirkungsweise kann auch umgekehrt wirken, also eine vergleichsweise sehr kleine Bewegung (aufgrund beispielsweise einer Längenänderung der Probe im Verbindungskörper) kann in eine größere Bewegung in die zweite Antriebseinheit umgesetzt werden, sodass die zweite Antriebseinheit die sehr

kleine Bewegung präziser erfassen kann.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung eine lineare Führung zum Führen der Messvorrichtung in Richtung der Längenänderung auf, wobei der Verbindungskörper zwischen der linearen Führung und dem Fühlstempel angeordnet ist.

Der Verbindungskörper kann beispielsweise so gelagert werden, dass der Verbindungskörper in vertikaler Richtung, also In Richtung der Schwerkraft bewegt werden kann aber nicht in der zur Schwerkraft orthogonalen Ebene. Die lineare Führung kann also eine vertikale Richtung zulassen aber keine horizontale, also eine Richtung orthogonal zur Schwerkraft. Dies hätte den

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- 15 Vorteil, durch die lineare Führung, eine vertikale Bewegung der ersten Antriebseinheit zu ermöglichen, sodass horizontale Bewegungen ausgeschlossen werden können. Die lineare Führung kann also eine Erhöhung oder eine Reduzierung der Kraft auf die Probe ermöglichen. Durch die Anordnung des Verbindungskörpers zwischen der linearen Führung und dem Fühlstempel kann der Verbindungskörper eine größere Auslenkung, die von der ersten Antriebseinheit ausgehend auf den Fühlstempel und infolgedessen auf die Probe übertragen oder umgekehrt, also von der Probe und Fühlstempel zur

Kompensation durch die erste Antriebseinheit mithilfe des Verbindungskörpers.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Antriebsrichtung der zweiten Antriebseinheit in Richtung der Längenänderung der Probe ausgerichtet. Insbesondere kann die zweite Antriebseinheit auch in der gleichen Richtung wie die erste Antriebseinheit ausgerichtet sein. Die zweite Antriebseinheit kann also von der ersten Antriebseinheit zum Beginn eines Messvorgangs mittig ausgerichtet werden. Die zweite Antriebseinheit kann also eine Bewegung und/oder eine Kraft auf die Probe verursachen bzw. anbringen, die in der gleichen Richtung wie die Hubbewegung der zweiten Antriebseinheit ausgerichtet ist. Dies hätte den Vorteil, dass die die zweite Antriebseinheit auch die gesamte Messvorrichtung bewegen kann bzw. eine vertikale Bewegung direkter und präziser erfassen kann. Insbesondere kann diese Ausrichtung der zweiten Antriebseinheit ermöglichen, dass die Hubbewegung der zweiten Antriebseinheit in eine Bewegung in einer linearen Führung zufolge haben kann oder auch umgekehrt, also eine Bewegung in einer linearen Führung in der zweiten

Antriebseinheit zu erfassen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist eine Antriebsrichtung der zweiten Antriebseinheit quer zur Richtung der Längenänderung der Probe ausgerichtet. Die zweite Antriebseinheit kann also eine Hubbewegung in der Ebene orthogonal zur Schwerkraftrichtung verursachen. Dies hätte den Vorteil, dass beispielsweise eine kleine Längenänderung genauer oder präziser erfasst werden kann. Insbesondere kann die zweite Antriebseinheit bei dieser Ausrichtung in den Verbindungskörper integriert werden. Die zweite

Antriebseinheit kann also in dieser Ausgestaltung selbst als zweite

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A 6918 AT - 16 Wegmessvorrichtung fungieren und eine Deformation des Verbindungskörpers

messen.

Insbesondere kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Messvorrichtung einen Verbindungskörper aufweisen, wobei der Verbindungskörper dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel mit mindestens einem Teil des Hybridantriebs zu koppeln, insbesondere mit der ersten Antriebseinheit, wobei der Verbindungskörper zumindest eines der folgenden aufweist: ein elastisch deformierbares Element zum Regeln der Kraft auf die Probe; die zweite Antriebseinheit als eine zweite Wegmessvorrichtung zum Messen einer

Deformation des Verbindungskörpers.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die zweite Antriebseinheit von der ersten Antriebseinheit physisch entkoppelbar. Die zweite Antriebseinheit kann insbesondere auch unabhängig von der ersten Antriebseinheit gesteuert werden und/oder auch eine unabhängige Funktion wahrnehmen. Insbesondere kann die erste Antriebseinheit dazu bestimmt sein, die Kraft auf die Probe aufzubringen und die zweite Antriebseinheit die infolge der Kraft resultierende Längenänderung erfassen. Insbesondere kann die zweite Antriebseinheit beispielsweise In einer Plattform angeordnet sein bzw. mit einer Plattform gekoppelt sein und die erste Antriebseinheit mit dem Fühlstempel gekoppelt sein, wobei die Plattform von dem Fühlstempel physisch getrennt werden kann. Die Plattform kann beispielsweise die Probe aufnehmen und kann ortsfest oder beweglich sein. Der Fühlstempel kann insbesondere mit der Probe im Eingriff stehen bzw. mit der Probe in Eingriff kommen. Dies hätte den Vorteil, den Hybridantrieb noch flexibler einzusetzen. Die zweite Antriebseinheit kann also ortsfest stehen, während die erste Antriebseinheit bewegt wird oder auch umgekehrt. Die Hubbewegungen der ersten und/oder der zweiten Antriebseinheit können horizontal, also orthogonal zur Schwerkraftrichtung, oder vertikal, also in

Schwerkraftrichtung, ausgerichtet sein.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung eine Temperiervorrichtung zum Temperieren der Probe. Vorzugsweise weist die Messvorrichtung eine Plattform auf, welche ortsfest oder bewegbar ist. Die Plattform kann insbesondere in Richtung der Längenänderung bewegbar sein.

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-17Besonders bevorzugt ist die Plattform aber ortsfest. Die Temperiervorrichtung kann zwischen dem Fühlstempel und der Plattform angeordnet sein. Das Temperieren der Probe kann sowohl ein Heizen als auch ein Kühlen sein. Die Probe kann von unterhalb geheizt werden, die Plattform kann also eine Heizfläche aufweisen, auf welcher die Probe angeordnet ist. Ebenfalls bevorzugt kann die Probe auch seitlich temperiert werden. Insbesondere kann das Temperieren generell im gesamten, der Probe umgebenden Bereich vorgenommen werden. Dies hätte nämlich den Vorteil, dass eine gleichmäßige Temperaturänderung in der Probe gewährleistet werden kann. Das Temperieren der Probe hätte den Vorteil, eine thermomechanische Analyse (TMA) bzw. eine dynamisch-mechanische Analyse (DMA) mit der Messvorrichtung zu ermöglichen. Dabei kann die Temperatur der Probe sowohl konstant gehalten oder variiert werden. Insbesondere eröffnet die Temperiervorrichtung mehr Möglichkeiten zum mechanischen Analysieren der Probe. Beispielsweise kann die Kraft auf die Probe konstant gehalten werden, während die Temperatur der Probe variiert wird. Ebenfalls kann die Temperatur der Probe konstant gehalten werden,

während die Kraft auf die Probe variiert wird.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung eine Rotationseinheit auf, welche mit der ersten Antriebseinheit koppelbar ist und orthogonal zur Rotationsebene der Rotationseinheit mithilfe der ersten Antriebseinheit bewegbar ist. Insbesondere kann die Rotationseinheit mit dem Fühlstempel gekoppelt sein, sodass die Kraft, insbesondere Anpresskraft auf die Probe erfolgen kann, während der Fühlstempel gleichzeitig gedreht wird. Dies hätte den Vorteil, dass rheologische Eigenschaften in der Probe untersucht

werden können.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die zweite Antriebseinheit orthogonal zur Rotationsebene der Rotationseinheit bewegbar. Beispielsweise kann die zweite Antriebseinheit mit einer Plattform gekoppelt werden, wobei die Probe auf der Plattform angeordnet ist. Bei einem Messvorgang kann die zweite Antriebseinheit also in der Lage sein, mit höchster Genauigkeit eine Längsbewegung bzw. Längenänderung der Probe zu erfassen bzw. zu detektieren. Die zweite Antriebseinheit kann also mithilfe der Bewegbarkeit eine Längenänderung der Probe kompensieren. Insbesondere kann die zweite

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A 6918 AT - 18 Antriebseinheit in eine neutrale Messposition bzw. in eine Nulllage gebracht

werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung einen innerhalb des Verbindungskörpers angeordneten Sensor zur Messung einer Verschiebung in einem fluidgefüllten Hohlraum auf, wobei die Kraft, insbesondere Anpresskraft bestimmbar ist. Das Fluid kann insbesondere Luft sein, der fluidgefüllten Hohlraum kann also insbesondere ein Luftlager sein. Optional kann das Fluid aber auch ein anderes Fluid sein, insbesondere eine Flüssigkeit. Vorzugsweise erstreckt sich der Fühlstempel bis in den Verbindungskörper hinein, sodass der Fühlstempel luftgelagert ist. Die Messung der Verschiebung im Luftlager erfolgt vorzugsweise über Sensoren, die eine kapazitive und/oder induktive und/oder interferometrische Wirkungsweise aufweisen können. Dies hätte beispielsweise den Vorteil, dass die Auflösung der Sensoren besonders hoch sein können, sodass höchstgenaue Messungen (auch in kompakter

Bauweise) ermöglicht werden können.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kompensiert die erste Antriebseinheit den Einfluss der Längenänderung der Probe so, dass die zweite Antriebseinheit in eine neutrale Messposition gebracht wird. Als neutrale Messposition kann insbesondere eine auskompensierte Lage oder eine Nulllage bezeichnen. Insbesondere kann die Kompensation um eine beliebige vorbestimmte Längenänderung handeln. Insbesondere kann eine vorbestimmte Längenänderung für die Messgenauigkeit vorteilhaft sein, sodass die Kompensation um diese vorbestimmte Längenänderung unternommen werden kann. Insbesondere kann es vorkommen, dass die Kraft, insbesondere die Anpresskraft auf die Probe größer ist als gewünscht. Mit der Kompensation kann also eine beliebige Anpresskraft reduziert werden, sodass lediglich eine gewünschte Anpresskraft zurückbleibt. Dies hätte nämlich den Vorteil, eine möglichst große Flexibilität und eine möglichst große Vielzahl an

Messprogrammen eingestellt werden kann. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner

auf: Ausführen eines Hybridpositionierungsverfahrens mithilfe des Hybridantriebs, wobei eine grobe Positionierung mithilfe der ersten

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- 19 Antriebseinheit und eine feine Positionierung mithilfe der zweiten Antriebseinheit ausgeführt wird. Insbesondere kann die Steuereinheit dazu bestimmt sein, das Hybridpositionierungsverfahren zu steuern bzw. auszuführen, wobei die grobe Positionierung und/oder die feine Positionierung gesteuert bzw. ausgeführt wird. Das Hybridpositionierungsverfahren kann insbesondere die feine und die grobe Positionierung simultan ausführen, die feine und die grobe Positionierung kann aber auch hintereinandergeschaltet werden. Die feine und grobe Positionierung kann also als ein zweistufiges Verfahren ablaufen. Durch die Kopplung der beiden

Positionierungen kann eine vorteilhafte Regelung der Position ermöglicht werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können die Antriebseinheiten des Hybridantriebs simultan gesteuert werden. Mit simultan kann insbesondere die gleichzeitige Steuerung und/oder Regelung und/oder das Einstellen gemeint

sein.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die feine Positionierung und/oder die grobe Positionierung im Hybridpositionierungsverfahren mittels der zweiten Wegmessvorrichtung gesteuert. Die zweite Wegmessvorrichtung kann insbesondere ein Sensor mechanischer und/oder elektrischer und/oder kapazitiver und/oder induktiver und/oder interferometrischer Art sein. Die Steuerung mittels der zweiten Wegmessvorrichtung hätte insbesondere den Vorteil, die feine und/oder die grobe Positionierung bestmöglich zu optimieren und anzupassen. Auch hinsichtlich einer optimalen Auflösung für die Steuerung

kann mithilfe der zweiten Wegmessvorrichtung berücksichtigt werden.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner auf: a. Bereitstellen einer konstanten Kraft, insbesondere einer konstanten Anpresskraft; b. Messen eines Parameters, insbesondere eine Spannung und/oder eine Verschiebung in der zweiten Antriebseinheit, wobei ein Parameter, insbesondere eine Spannung und/oder eine Verschiebung, in der ersten Antriebseinheit abgeleitet wird; c. die erste Antriebseinheit wird mithilfe des

abgeleiteten Parameters in der ersten Antriebseinheit gesteuert.

Insbesondere kann ein beliebiger Parameter (beispielsweise die Motorspannung der ersten Antriebseinheit) mit zunehmender Verschiebung der

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-20zweiten Antriebseinheit (des Piezoantriebs) zunehmen. Insbesondere kann der Parameter ein Betriebsparameter sein. Eine Nullposition der zweiten Antriebseinheit (des Piezoantriebs) kann aufgrund einer abgeleiteten Parametermessung gefunden werden (die zweite Antriebseinheit kann also mittig eingestellt werden). Da ein Parameter für die erste Antriebseinheit (beispielsweise die Motorspannung) aus dem Parameter der zweiten Antriebseinheit (beispielsweise die Spannung des Piezoantriebs) abgeleitet werden kann, kann die erste Antriebseinheit mithilfe des abgeleiteten Parameters (beispielsweise die Motorspannung) gesteuert werden. Die gesamte Hublänge der zweiten Antriebseinheit (des Piezoantriebs) kann während der Messung zur Verfügung gestellt bzw. gewährleistet werden. Dies hätte nämlich den Vorteil, auch eine Messung vornehmen zu können, bei welcher Messung größere Verfahrwege notwendig sind als die Hublänge der zweiten Antriebseinheit hergeben kann. Obwohl die Hublänge einer hochgenauen Antriebseinheit wie die zweite Antriebseinheit (z.B. ein Piezoantrieb) vergleichsweise klein ist, kann durch dieses Verfahren Verfahrwege erzielt werden, die die Hublänge der zweiten Antriebseinheit (also z.B. eines Piezoantriebs) übersteigen und trotzdem

größtmögliche Präzision erreicht werden.

Kurze Beschreibung der Figuren

Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert

beschrieben.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem Hybridantrieb sowie lineare Führung und Verbindungskörper mit Dehnmessstreifen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem

Hybridantrieb mit einer im Verbindungskörper integrierten zweiten Antriebseinheit gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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A 6918 AT -21Figur 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem Hybridantrieb und einer bewegbaren Plattform gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 4a zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem Hybridantrieb sowie Luftlager gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 4b zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem Hybridantrieb sowie kontaktfreier Luftlager gemäß einem exemplarischen

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 5 zeigt eine konventionelle Messvorrichtung.

Figur 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung zur dynamisch-mechanischen Analyse gemäß einem exemplarischen

Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Figur 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung im Rheometeraufbau gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Figuren

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Messvorrichtung 100 mit einem Hybridantrieb 140, welcher eine erste Antriebseinheit 141 (hier als MotorSpindel-Kombination ausgeführt) und eine zweite Antriebseinheit 142 (hier als Piezoantrieb ausgeführt) umfasst. Somit kommen zwei Aktuatoren bei diesem erfindungsgemäßen Hybridantrieb 140 zum Einsatz, die sich im Hinblick auf ihre Hub- bzw. Verfahrwege und ihre Auflösung sowie Genauigkeit ergänzen. Eine Probe 110 ist zwischen einer starren, ortsfesten Plattform 192 und einem Fühlstempel 120 angeordnet, welcher mit einer Aufhängungsvorrichtung 150 gekoppelt ist. Der Fühlstempel 120 ist derart geformt, dass an einem Ende eine Anpresskraft auf die Probe 110 ausgeübt wird und das andere Ende in eine vertikale Erstreckung in Richtung der Schwerkraft übergeht und mit der Aufhängungsvorrichtung 150 gekoppelt wird. Die Aufhängungsvorrichtung 150

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-22bildet mit dem Fühlstempel 120 ein integrales Teil. An einem anderen Ende der Aufhängungsvorrichtung 150 ist eine erste Wegmessvorrichtung 130 (hier mit optischer Wirkungsweise als ein optischer Encoder mithilfe eines optischen Sensors ausgeführt), die eine Längenänderung der Probe unter der Krafteinwirkung der Anpresskraft detektieren kann. Die Anpresskraft entsteht aufgrund von mindestens einem Teil des Eigengewichts der Messvorrichtung 100. Die auf die Probe ausgeübte Anpresskraft umfasst mindestens die benötigte

Kraft, die für die Messung notwendig ist.

Ein als Parallelogramm ausgebildeter Verbindungskörper 160 weist ein elastisch deformierbares Element 161 auf und ist einerseits mit der Aufhängungsvorrichtung 150 verbunden sowie mit dem Fühlstempel 120 gekoppelt und andererseits in einer linearen Führung 180 gelagert, die eine vertikale Bewegung zulässt. Der Verbindungskörper 160 ist mit der zweiten Antriebseinheit 142 verbunden und über die zweite Antriebseinheit 142 mit der ersten Antriebseinheit 141 gekoppelt. Die erste Antriebseinheit 141 ist einerseits ortsfest gelagert und andererseits mit der zweiten Antriebseinheit 142 verbunden, sodass die erste Antriebseinheit 141 die Messvorrichtung 100 bewegen kann. Die zweite Antriebseinheit 142 und die erste Antriebseinheit 141 kann die auf die Probe ausgeübte Anpresskraft kompensieren, die aufgrund des Eigengewichts von mindestens einem Teil der Messvorrichtung 100 entsteht. Die erste und/oder die zweite Antriebseinheit 142 kann den Verbindungskörper 160 auslenken. Die Auslenkung wird über eine auf dem Verbindungskörper 160 angebrachte und horizontal ausgerichtete zweite Wegmessvorrichtung 131 (hier als Dehnmessstreifen (DMS) ausgeführt) detektiert. Die Temperatur der Probe 110 kann außerdem mittels einer Temperiervorrichtung 190 beliebig eingestellt

werden.

Die Messvorrichtung 100 ist in der Lage sowohl eine thermomechanische Analyse (TMA) als auch eine dynamisch-mechanische Analyse (DMA) auszuführen. Bei einer TMA bleibt die auf die Probe 110 ausgeübte Anpresskraft konstant, während ein kontrolliertes Temperaturprogramm mithilfe der Temperiervorrichtung 190 durchgeführt wird. Infolge der thermischen Einwirkung ändert sich die Dimensionen der Probe. Damit eine konstante Anpresskraft dennoch gewährleistet werden kann, wird ein Hybridpositionierungsverfahren

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-23durchgeführt, wobei eine grobe Positionierung mithilfe der ersten Antriebseinheit 141 ausgeführt und eine feine Positionierung mithilfe der zweiten Antriebseinheit 142 ausgeführt wird. Die feine Positionierung ist insbesondere deutlich schneller und präziser als die grobe Positionierung. Beim Hybridpositionierungsverfahren wird die grobe und die feine Positionierungen simultan mithilfe der Steuereinheit 170 geregelt. Im Falle eines Drifts, also eine ungewünschte Verschiebung, kann die Steuereinheit 170 einfach und schnell den Drift mithilfe der zweiten

Antriebseinheit 142 kompensieren.

Bei einer DMA wiederum bleibt die Temperatur der Probe 110 mithilfe der Temperiervorrichtung 190 während des gesamten Messvorgangs konstant. Die auf die Probe 110 wirkende Anpresskraft wird wiederum moduliert, sodass eine oszillierende Krafteinwirkung auf die Probe 110 zustande kommt. Die Modulation der Anpresskraft wird von der Steuereinheit 170 gesteuert. Wenn eine Erhöhung der Anpresskraft gefordert wird, wird beim Hybridantrieb 140 der Hub der ersten 141 und/oder der zweiten Antriebseinheit 142 vertikal nach unten in Schwerkraftrichtung bewegt. Bei einer Reduzierung der Anpresskraft wird beim Hybridantrieb 140 wiederum der Hub der ersten 141 und/oder der zweiten Antriebseinheit 142 vertikal nach oben bewegt. Je nach dem, welche Auflösung der Kraftmodulation haben soll, kann entweder die erste 141 und/oder die zweite Antriebseinheit 142 individuell angesteuert werden. Bei einer größeren Kraftmodulation geringerer Auflösung, also eine Kraftmodulation mit einer höheren Messtoleranz wird sowohl die erste 141 als auch die zweite Antriebseinheit 142 angesteuert, bei einer gegenteiligen, kleineren Kraftmodulation hoher Auflösung wird die erste Antriebseinheit 141 lediglich zu Kompensationszwecken eingesetzt und die zweite Antriebseinheit 142 zur Kraftmodulation aktiv angesteuert. Außerdem können niederfrequente SinusOszillationen problemlos ausgeführt werden. Somit kann der erfindungsgemäße Hybridantrieb ein großes Spektrum an Testanforderungen erfüllen.

Figur 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung 100 mit einem Hybridantrieb 140 mit einer im Verbindungskörper 160 integrierten zweiten Antriebseinheit 142 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Abweichend zur Figur 1 ist In dem Verbindungskörper 160 die zweite Antriebseinheit 142 horizontal, also in einer zur Schwerkraft orthogonalen

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- 24 Richtung, ausgerichtet und übt eine Hubbewegung in horizontaler Richtung aus. Der Verbindungskörper 160 verfügt außerdem eine zweite Wegmessvorrichtung 131, die ebenfalls in horizontaler Richtung ausgerichtet ist. Die zweite Wegmessvorrichtung 131 ist auf dem Verbindungskörper 160 zwischen der zweiten Antriebseinheit und der Aufhängung 150 angeordnet. Die horizontale Auslenkung der zweiten Antriebseinheit 142 wird über ein nicht-dargestelltes Festkörpergelenk in vertikaler Bewegung umgewandelt. Im Unterschied zur Darstellung in Figur 1 kann also eine aktive horizontale Auslenkung in Figur 2 erfolgen. Dies hätte den Vorteil, dass die Deformation des Verbindungskörpers 160 direkter gesteuert werden kann. Dennoch kann mithilfe der ersten Antriebseinheit 141 und der linearen Führung 180 wie in Figur 1 die grobe Positionierung weiterhin vorgenommen werden, wobei der Fühlstempel 120

vertikal verschoben werden kann.

Figur 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung 100 mit einem Hybridantrieb 140 und einer bewegbaren Plattform 191 gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Abweichend zu Figur 1 ist der Verbindungskörper 160 nicht an einer linearen Führung gelagert, sondern lediglich direkt mit der zweiten Antriebseinheit 142 gekoppelt, die wiederum mit der ersten Antriebseinheit 141 verbunden ist. In diesem exemplarischen Beispiel weist die zweite Antriebseinheit 142 eine gesamte Hublänge von 200 um auf, wobei der Hub sich um 100 um in jeder Richtung bewegen kann. Die erste Antriebseinheit 141 weist hier auch exemplarisch eine Hublänge von 10 mm auf, wobei der Hub sich um 5 mm in jeder Richtung bewegen kann. Auch abweichend zu Figur 1 ist die Probe 110 auf einer bewegbaren Plattform 191 angeordnet, wobei die Probe 110 und die bewegbare Plattform 191 innerhalb einer hier als Ofen ausgeführten Temperiervorrichtung 190 angeordnet sind. Die bewegbare Plattform 191 hat den Vorteil, Proben 110 unterschiedlicher Größen in der

Temperiervorrichtung 190 unterbringen zu können.

Beim Beginn des Messvorgangs wird der Fühlstempel 120 mit der Probe 110 in Eingriff gebracht und die Probe 110 mit einer Anpresskraft aufgrund eines Teils des Eigengewichts der Messvorrichtung 100 beaufschlagen. Aufgrund der Anpresskraft ergibt sich zunächst eine Auslenkung des elastisch deformierbaren Elements 161. Die erste Antriebseinheit 141 kann diese Auslenkung

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- 25 kompensieren und dabei die zweite Antriebseinheit 142 mittig ausrichten, sodass die Messvorrichtung 100 sich in einer Nulllage befindet. Die Messvorrichtung 100 ist also in einer neutralen Messposition, sodass weitere sogar sehr kleine Längenänderungen zusätzlich von der zweiten Antriebseinheit 142 sowie Messfehler der ersten Antriebseinheit 141 kompensiert werden. Das elastisch deformierbare Element 161 kann so eingesetzt werden, dass sogar sehr kleine Änderungen der Anpresskraft mithilfe der zweiten Antriebseinheit 142 getätigt werden können. Die zweite Wegmessvorrichtung 131 als Positionierungselement (hier als DMS-Sensor ausgeführt) kann diese sehr kleinen Kraftänderungen detektieren und als Feedback an die Steuereinheit 170 zurückgeben, sodass die zweite Antriebseinheit 142 bei der feinen Positionierung des Hybridpositionierungsverfahrens nachgeregelt bzw. nachgesteuert werden kann. Das Hybridpositionierungsverfahren umfasst eine simultane Steuerung der ersten Antriebseinheit 141 (Motor-Spindel-Kombination) und der zweiten Antriebseinheit 142 (Piezoantrieb), welche mechanisch von der ersten Antriebseinheit 141 (Motor-Spindel-Kombination) entkoppelt ist.

Figur 4a zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung 100 mit einem Hybridantrieb 140 sowie Luftlager gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Abweichend zur Figur 1 erstreckt sich die Aufhängungsvorrichtung 150 vertikal durch den Verbindungskörper 160 hindurch. Innerhalb des Verbindungskörpers 160 ist ein Luftlager ausgestaltet, in welchem zwei kapazitive Sensoren 132 zur Messung einer vertikalen Verschiebung bestimmt sind. Die Probenaufhängung 150 weist eine horizontale Erstreckung im Bereich innerhalb des Verbindungskörpers 160, sodass eine Lücke zwischen der horizontalen Erstreckung der Probenaufhängung 150 und einer horizontal ausgerichteten Fläche des Luftlagers innerhalb des Verbindungskörpers 160 gebildet wird. Die Probenaufhängung 150 ist so ausgerichtet, dass die horizontale Erstreckung die vertikale Erstreckung der Probenaufhängung 150 innerhalb des Verbindungskörpers 160 durchkreuzt, weist also eine Durchkreuzung innerhalb des Verbindungskörpers auf. Innerhalb des Verbindungskörpers 160 ist eine Lagerung 155 angeordnet, welche die Probenaufhängung 150 mit dem Verbindungskörper 160 physisch verbindet. Insbesondere ist die Lagerung 155 an einer Stelle der horizontalen Erstreckung distal zu der Durchkreuzung angeordnet, sodass die Lagerung 155 zur

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-26Durchkreuzung horizontal beabstandet ist. Mithilfe der Lagerung 155 kann beispielsweise auch elektrische Signale übermittelt werden. Die Kraft- bzw. Wegmessung innerhalb des Luftlagers erfolgt dadurch, dass die Lückengröße kapazitiv erfasst wird. Eine Besonderheit dieser Ausführung der zweiten Wegmessvorrichtung 132 in einem Luftlager ist, dass die Kraft- und/oder Wegmessung kraft- und berührungslos, insbesondere reibungsfrei erfolgt, ohne dass der Aufbau kompliziert wird oder die Messgenauigkeit bzw. die Betriebssicherheit beeinträchtigt werden. Dies ermöglicht eine weitere Erhöhung

der Messgenauigkeit.

In einer abweichenden Ergänzung in Figur 4b ist die Probenaufhängung 150 in Bezug auf den Verbindungskörper 160 schwebend gelagert, weist also einen kontaktfreien Luftlager auf. Insbesondere weist die Probenaufhängung 150 bei dieser Ausgestaltung Kontaktfreiheit mit dem Verbindungskörper 160. Im Hohlraum zwischen der Probenaufhängung 150 und dem Verbindungskörper 160 ist also Luft.

Figur 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung 100 zur dynamisch-mechanischen Analyse als Rheometeraufbau gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Messvorrichtung 100 weist einen Hybridantrieb 140 auf, welcher eine erste Antriebseinheit 141 als Motor-Spindelkombination und eine zweite Antriebseinheit 142 als Piezoantrieb umfasst. Die erste Antriebseinheit ist über eine Rotationseinheit 300 mit einem Fühlstempel 120 gekoppelt, wobei die Rotationseinheit 300 an einem Schlitten befestigt in vertikaler Richtung mithilfe der ersten Antriebseinheit 141 verschiebbar ist. Die Rotationseinheit 300 ist also orthogonal zur Rotationsebene der Rotationseinheit 300 mithilfe der ersten Antriebseinheit 141 bewegbar. Die Probe 110 ist wiederum mit der zweiten Antriebseinheit 142 gekoppelt und mithilfe der zweiten Antriebseinheit 142 in vertikaler Richtung verschiebbar. Die Anpresskraft wird bei der Messung über die erste Antriebseinheit 141 aktiv ausgeübt, wobei die zweite Antriebseinheit 142 feine Positionierungen vornehmen kann. Insbesondere ist die zweite Antriebseinheit 142 in der Lage, Messfehler aus der ersten Antriebseinheit 141 und/oder die Rotationseinheit 300 zu kompensieren. Innerhalb der Rotationseinheit 300 ist eine rotierende Welle der Rotationseinheit gelagert, wobei eine Normalkraft mithilfe einer in der

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„27 Rotationseinheit 300 integrierten ersten Wegmessvorrichtung 133 gemessen werden kann. Die rotierende Welle ist mit dem Fühlstempel 120 drehfest verbunden. Die erste Wegmessvorrichtung 133 kann ein Signal zur Steuerung des Hybridantriebs 140 an die Steuereinheit 170 verschicken.

Eine Besonderheit an diesem Aufbau ist, dass die erste 141 und die zweite Antriebseinheit 142 simultan gesteuert werden kann, während der Fühlstempel

120 rotierend eine Anpresskraft auf die Probe 110 ausüben kann.

Figur 7 zeigt eine Messvorrichtung 100 als Rheometer zum Bestimmen einer für die rheologischen Eigenschaften (z.B. die Viskosität) einer Probe 110 (im vorliegenden Fall einer Flüssigkeit) indikativer Information. Die Messvorrichtung 100 weist einen Hybridantrieb 140 auf, welcher eine erste Antriebseinheit 141 als Motor-Spindel-Kombination und eine zweite Antriebseinheit 142 als Piezoantrieb umfasst. Die Rotationseinheit 300 mit dem Fühlstempel 120 sind derart gekoppelt, dass der Fühlstempel 120 mittels der Rotationseinheit um ihre Drehachse rotierbar ist. Außerdem ist der Fühlstempel 120 mittels der ersten Antriebseinheit 141 in vertikaler Richtung verschiebbar. Die erste Antriebseinheit 141 kann so gesteuert werden, dass der Fühlstempel 120 über einen längeren Weg vertikal verschoben wird, allerdings mit einer langsameren Geschwindigkeit als die zweite Antriebseinheit 142, die außerdem mit einer deutlich feineren Auflösung arbeitet. Die zweite Antriebseinheit 142 ist insbesondere dazu bestimmt, Messfehler aufgrund der ersten Antriebseinheit 141 und der Rotationseinheit 300 zu kompensieren, sodass die Anpresskraft gleichbleiben kann. Die erste 141 und zweite Antriebseinheit 142 werden

simultan mithilfe der Steuereinheit 170 über einen Regelkreis gesteuert.

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Bezugszeichen

100 110 120 130, 133 131, 132 140 141 142 150 155 160 161 170 180 190 191 192 300

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Messvorrichtung

Probe

Fühlstempel

Erste Wegmessvorrichtung Zweite Wegmessvorrichtung Hybridantrieb

Erste Antriebseinheit

Zweite Antriebseinheit Aufhängungsvorrichtung Lagerung der Aufhängungsvorrichtung Verbindungskörper

Elastisch deformierbares Element Steuereinheit

Lineare Führung Temperiervorrichtung

Bewegbare Plattform

Starre bzw. ortsfeste Plattform

Rotationseinheit

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Patentansprüche

1. Eine Messvorrichtung (100) zum mechanischen Analysieren einer Probe

(110), wobei die Messvorrichtung (100) aufweist:

- einen Fühlstempel (120) zum Bereitstellen einer Kraft, insbesondere einer, Anpresskraft an die Probe (110);

- eine erste Wegmessvorrichtung (130, 133) zum Detektieren einer Längenänderung der Probe (110), unter der Krafteinwirkung;

- einen Hybridantrieb (140) zum Kompensieren des Einflusses der Längenänderung der Probe (110) auf den Fühlstempel (120), wobei der Hybridantrieb (140) aufweist:

- eine erste Antriebseinheit (141), welche dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) in Richtung der Längenänderung zu bewegen, insbesondere zum Einstellen einer Nulllage der Messvorrichtung (100);

- eine zweite Antriebseinheit (142), welche dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) in Richtung der Längenänderung zu bewegen, insbesondere während eines Messvorgangs,

wobei die zweite Antriebseinheit (142) eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) präziser zu bewegen als die erste Antriebseinheit (141); und

- eine Steuereinheit (170), welche dazu eingerichtet ist, die

erste (141) und zweite Antriebseinheit (142) zu steuern.

2. Die Messvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, aufweisend: eine Aufhängungsvorrichtung (150), welche mit dem Fühlstempel (120) gekoppelt ist, und eingerichtet ist zum Bereitstellen einer konstanten Kraft, insbesondere einer konstanten Anpresskraft an die Probe, wobei die Kraft zumindest teilweise aufgrund des Eigengewichts von mindestens einem Teil der Messvorrichtung (100) bereitgestellt wird.

3. Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2,

aufweisend:

einen Verbindungskörper (160), wobei der

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Verbindungskörper (160) dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) mit mindestens einem Teil des Hybridantriebs (140) zu koppeln, insbesondere mit der ersten Antriebseinheit (141), wobei der Verbindungskörper (160) zumindest eines der folgenden aufweist: - ein elastisch deformierbares Element (161) zum Regeln der Kraft auf die Probe (110); - eine zweite Wegmessvorrichtung (131, 132), insbesondere ein Dehnmessstreifen, zum Messen einer Deformation des Verbindungskörpers (110); - die zweite Antriebseinheit (142) zum Kompensieren einer Längenänderung der Probe (110) infolge einer mechanischen oder thermischen Einwirkung auf die Probe (110).

4. Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei der Verbindungskörper (160) in Gestalt eines Parallelogramms ausgebildet ist, und/oder wobei der Verbindungskörper (160) zwischen dem Fühlstempel (120) und mindestens einem Teil des Hybridantriebs (140), insbesondere der ersten

Antriebseinheit (141), angeordnet ist.

5. Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 3, aufweisend: eine lineare Führung (180) zum Führen der Messvorrichtung (100) in Richtung der Längenänderung, wobei der Verbindungskörper (160) zwischen der linearen Führung (180) und dem Fühlstempel (120)

angeordnet ist.

6. Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Antriebsrichtung der zweiten Antriebseinheit (142) in Richtung der Längenänderung der Probe (110) ausgerichtet ist.

7. Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche,

wobei eine Antriebsrichtung der zweiten Antriebseinheit (142) quer zur Richtung der Längenänderung der Probe (110) ausgerichtet ist.

5 9. Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend:

eine Temperiervorrichtung (190) zum Temperieren der Probe (110).

10. Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, 10 aufweisend: eine Rotationseinheit (300), welche mit der ersten Antriebseinheit (141) koppelbar ist und orthogonal zur Rotationsebene der Rotationseinheit (300) mithilfe der ersten Antriebseinheit (141) bewegbar ist. 15 11. Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei die zweite Antriebseinheit (142) orthogonal zur Rotationsebene der Rotationseinheit (300) bewegbar ist.

20 12. Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: einen innerhalb des Verbindungskörpers (160) angeordneten Sensor (132) zur Messung einer Verschiebung in einem fluidgefüllten Hohlraum,

wobei die Kraft, insbesondere die Anpresskraft bestimmbar ist.

25 13. Ein Verfahren zum Messen einer Probe (110) mit einer Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei das Messen insbesondere eine thermomechanische Analyse aufweist, das Verfahren aufweisend: 30 a. Bereitstellen der Kraft, insbesondere einer Anpresskraft, an die Probe (110); b. Beaufschlagen der Probe (110) mit einem kontrollierten Temperaturprogramm; C. Kompensieren der Längenänderung der Probe (110) aufgrund der 35 Kraft und/oder der Temperatur während der Messung, So dass eine

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A 6918 AT „32 konstante Kraft, insbesondere eine Anpresskraft bereitgestellt wird; und d. Messen der Längenänderung der Probe (110).

14. Ein Verfahren zum Messen einer Probe (110) mit einer Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Messen eine dynamisch-mechanischen Analyse aufweist, das Verfahren aufweisend:

a. Bereitstellen einer modulierten Kraft, insbesondere einer modulierten Anpresskraft auf die Probe (110); und

b. Ansteuern der ersten Antriebseinheit (141) und/oder der zweiten Antriebseinheit (142), so dass die Längenänderung der Probe (110) infolge der modulierten Kraft, insbesondere der modulierten Anpresskraft und/oder einer Temperatureinwirkung durch eine Bewegung des Fühlstempels (120) kompensiert wird.

15. Das Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem die erste Antriebseinheit (141) den Einfluss der Längenänderung der Probe so kompensiert, dass die zweite Antriebseinheit (142) in eine neutrale

Messposition gebracht wird.

16. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, ferner aufweisend: Ausführen eines Hybridpositionierungsverfahrens mithilfe des Hybridantriebs (140), wobei eine grobe Positionierung mithilfe der ersten Antriebseinheit (141) und eine feine Positionierung mithilfe der zweiten Antriebseinheit (142) ausgeführt wird,

17. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Antriebseinheiten (141, 142) des Hybridantriebs (140) simultan gesteuert werden können.

18. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei die feine Positionierung und/oder die grobe Positionierung im Hybridpositionierungsverfahren mittels der

zweiten Wegmessvorrichtung (131, 132) gesteuert wird.

19. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, ferner aufweisend:

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a. Bereitstellen einer konstanten Kraft, insbesondere Anpresskraft;

b. Messen eines Parameters, insbesondere eine Spannung

und/oder eine Verschiebung in der zweiten Antriebseinheit (142), wobei ein Parameter, insbesondere eine Spannung und/oder eine Verschiebung, in der ersten Antriebseinheit (141) abgeleitet wird;

C. die erste Antriebseinheit (141) wird mithilfe des abgeleiteten

Parameters in der ersten Antriebseinheit (141) gesteuert. 20. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder des

Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 19 zur Ermittlung eines

Verformungs- und/oder Fließverhaltens eines Materials.

Claims (1)

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Patentansprüche

1. Eine Messvorrichtung (100) zum mechanischen Analysieren einer Probe

(110), wobei die Messvorrichtung (100) aufweist:

- einen Fühlstempel (120) zum Bereitstellen einer Anpresskraft an die Probe (110);

- eine erste Wegmessvorrichtung (130, 133) zum Detektieren einer Längenänderung der Probe (110), unter der Krafteinwirkung;

- einen Hybridantrieb (140) zum Kompensieren des Einflusses der Längenänderung der Probe (110) auf den Fühlstempel (120), wobei der Hybridantrieb (140) aufweist:

- eine erste Antriebseinheit (141), welche dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) in Richtung der Längenänderung zu bewegen, insbesondere zum Einstellen einer Nulllage der Messvorrichtung (100);

- eine zweite Antriebseinheit (142), welche dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) in Richtung der Längenänderung zu bewegen, insbesondere während eines Messvorgangs,

wobei die zweite Antriebseinheit (142) eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) präziser zu bewegen als die erste Antriebseinheit (141);

- eine Steuereinheit (170), welche dazu eingerichtet ist, die erste (141) und zweite Antriebseinheit (142) zu steuern

- eine Aufhängungsvorrichtung (150), welche mit dem Fühlstempel

(120) gekoppelt ist, und eingerichtet ist zum Bereitstellen einer

konstanten Anpresskraft an die Probe (110), wobei der Fühlstempel (120) auf die Probe (110) aufgehängt wird, wobei die Kraft zumindest teilweise aufgrund des Eigengewichts von

mindestens einem Teil der Messvorrichtung (100) bereitgestellt wird, und wobei die Messvorrichtung (100) auf der Probe (110) aufgehängt

wird.

2. Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1, aufweisend zumindest eines der folgenden Merkmale:

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3.

wobei der Fühlstempel (120) an einem Ende gebogen ist und in Gestalt eines Hakens geformt wird;

wobei die Messvorrichtung (100) die Anpresskraft auf die Probe (110) aufgrund der Schwerkraft ausübt;

wobei die Kraft nicht aktiv von einer Antriebskraft aufgebracht wird, sondern lediglich von der Messvorrichtung (100) selbst;

wobei die auf die Probe (110) ausgeübte Anpresskraft mindestens die benötigte Kraft umfasst, die für die Messung notwendig ist.

Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, aufweisend:

einen Verbindungskörper (160), wobei der Verbindungskörper (160) dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) mit mindestens einem Teil des Hybridantriebs (140) zu koppeln, insbesondere mit der ersten Antriebseinheit (141), wobei der Verbindungskörper (160) zumindest eines der folgenden aufweist: - ein elastisch deformierbares Element (161) zum Regeln der Kraft auf die Probe (110); - eine zweite Wegmessvorrichtung (131, 132), insbesondere ein Dehnmessstreifen, zum Messen einer Deformation des Verbindungskörpers (110); - die zweite Antriebseinheit (142) zum Kompensieren einer Längenänderung der Probe (110) infolge einer mechanischen oder thermischen Einwirkung auf die Probe (110).

Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 3,

wobei der Verbindungskörper (160) in Gestalt eines Parallelogramms ausgebildet ist, und/oder

wobei der Verbindungskörper (160) zwischen dem Fühlstempel (120) und mindestens einem Teil des Hybridantriebs (140), insbesondere der ersten Antriebseinheit (141), angeordnet ist.

Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 3, aufweisend: eine lineare Führung (180) zum Führen der Messvorrichtung (100) in Richtung der Längenänderung, wobei der Verbindungskörper (160)

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zwischen der linearen Führung (180) und dem Fühlstempel (120) angeordnet ist.

Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Antriebsrichtung der zweiten Antriebseinheit (142) in Richtung der Längenänderung der Probe (110) ausgerichtet ist.

Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Antriebsrichtung der zweiten Antriebseinheit (142) quer zur

Richtung der Längenänderung der Probe (110) ausgerichtet ist.

Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 7, wobei die zweite Antriebseinheit (142) von der ersten Antriebseinheit

(141) physisch entkoppelt und/oder entkoppelbar ist.

Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 8, aufweisend:

eine Temperiervorrichtung (190) zum Temperieren der Probe (110).

Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9, aufweisend:

eine Rotationseinheit (300), welche mit der ersten Antriebseinheit (141) koppelbar ist und orthogonal zur Rotationsebene der Rotationseinheit (300) mithilfe der ersten Antriebseinheit (141) bewegbar

ist.

Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 10, wobei die zweite Antriebseinheit (142) orthogonal zur Rotationsebene der Rotationseinheit (300) bewegbar ist.

Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 bis 11, aufweisend:

einen innerhalb des Verbindungskörpers (160) angeordneten Sensor (132) zur Messung einer Verschiebung in einem fluidgefüllten Hohlraum, wobei die Kraft, insbesondere die Anpresskraft bestimmbar ist.

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13. Ein Verfahren zum Messen einer Probe (110) mit einer Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 12, wobei das Messen insbesondere eine thermomechanische Analyse aufweist, das Verfahren

aufweisend:

a. Bereitstellen der Kraft, insbesondere einer Anpresskraft, an die Probe (110);

b. Beaufschlagen der Probe (110) mit einem kontrollierten Temperaturprogramm;

C. Kompensieren der Längenänderung der Probe (110) aufgrund der

Kraft und/oder der Temperatur während der Messung, So dass eine konstante Kraft, insbesondere eine Anpresskraft bereitgestellt wird; und

d. Messen der Längenänderung der Probe (110).

14. Ein Verfahren zum Messen einer Probe (110) mit einer Messvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Messen eine dynamisch-mechanischen Analyse aufweist, das Verfahren aufweisend:

a. Bereitstellen einer modulierten Kraft, insbesondere einer modulierten Anpresskraft auf die Probe (110); und

b. Ansteuern der ersten Antriebseinheit (141) und/oder der zweiten Antriebseinheit (142), so dass die Längenänderung der Probe (110) infolge der modulierten Kraft, insbesondere der modulierten Anpresskraft und/oder einer Temperatureinwirkung durch eine

Bewegung des Fühlstempels (120) kompensiert wird.

15. Das Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem die erste Antriebseinheit (141) den Einfluss der Längenänderung der Probe so kompensiert, dass die zweite Antriebseinheit (142) in eine neutrale

Messposition gebracht wird.

16. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, ferner aufweisend: Ausführen eines Hybridpositionierungsverfahrens mithilfe des

Hybridantriebs (140), wobei eine grobe Positionierung mithilfe der ersten

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Antriebseinheit (141) und eine feine Positionierung mithilfe der zweiten Antriebseinheit (142) ausgeführt wird.

Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Antriebseinheiten (141, 142) des Hybridantriebs (140) simultan gesteuert

werden können. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei die feine Positionierung und/oder die grobe Positionierung im Hybridpositionierungsverfahren mittels der

zweiten Wegmessvorrichtung (131, 132) gesteuert wird.

Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, ferner aufweisend:

a. Bereitstellen einer konstanten Kraft, insbesondere Anpresskraft; b. Messen eines Parameters, insbesondere eine Spannung

und/oder eine Verschiebung in der zweiten Antriebseinheit (142), wobei ein Parameter, insbesondere eine Spannung und/oder eine Verschiebung, in der ersten Antriebseinheit (141) abgeleitet wird;

C. die erste Antriebseinheit (141) wird mithilfe des abgeleiteten

Parameters in der ersten Antriebseinheit (141) gesteuert.

Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 19 zur Ermittlung eines

Verformungs- und/oder Fließverhaltens eines Materials.

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