AT528250A1

AT528250A1 - Measuring device for the mechanical analysis of a sample, method and use

Info

Publication number: AT528250A1
Application number: ATA50388/2024A
Authority: AT
Inventors: Nrecaj Dipl -Ing Anton; Schütz Dr Denis
Original assignee: Anton Paar Gmbh
Priority date: 2024-05-07
Filing date: 2024-05-07
Publication date: 2025-11-15

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.A measuring device (100) for mechanically analyzing a sample (110), wherein the measuring device (100) comprises: a probe (120) for applying a force to the sample (110); a first displacement measuring device (130, 133) for detecting a change in length of the sample (110) under the influence of the force; a hybrid drive (140) for compensating the influence of the change in length of the sample (110) on the probe (120), wherein the hybrid drive (140) comprises: a first drive unit (141) which is configured to move the probe (120) in the direction of the change in length, in particular to set a zero position of the measuring device (100); a second drive unit (142) which is configured to move the sensing punch (120) in the direction of the change in length, in particular during a measuring process, wherein the second drive unit (142) is configured to move the sensing punch (120) more precisely than the first drive unit (141); a control unit (170) which is configured to control the first and second drive units (141, 142).

Description

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Messvorrichtung zum mechanischen Analysieren einer Probe, Verfahren und Verwenden Measuring device for the mechanical analysis of a sample, method and use

Technisches Gebiet Technical field

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 The invention relates to a measuring device for the mechanical analysis of a sample, for example for use as a rheometer or viscometer. Furthermore, the invention relates to a method for measuring a sample by means of thermomechanical analysis and a method for measuring a sample by means of dynamic-mechanical analysis. The invention also relates to a

Verwenden. Use.

Technischer Hintergrund Technical background

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 The basic operating principle of a measuring device, such as a viscometer, is known and described, for example, in document AT 404 192 B. In short, such a measuring device is equipped with a measuring motor that drives a measuring shaft. The measuring shaft carries, for example, a disk mounted in an air bearing of a stator. The measuring device also has a force measuring device that includes a displacement sensor. The force measuring device is designed to measure axial movements of the measuring shaft. The substance to be tested can be of any type.

und kann ein plastisch-elastisches Verhalten zeigen. and can exhibit plastic-elastic behavior.

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 Figure 5 shows a measuring device 200 according to a known prior art. In the measuring device 200, a sample 210 is clamped between a rigid, stationary platform 292 and a probe 220. A suspension device 250 connects the probe to the shaft of a voice coil actuator 241. The voice coil actuator 241 is also known as a voice coil actuator. The shaft of the voice coil actuator 241 is in turn coupled to elastically deformable elements 261. The voice coil actuator 241 can move the probe 220 via elastically deformable elements 261. To detect a change in the length of the sample 210, a differential transformer 230 (LVDT) is arranged at one end of the suspension device 250 opposite the probe 220. The measuring device 200 according to

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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. -2However, the known state of the art has the disadvantage that the accuracy of the moving coil actuator 241 is not sufficient for high-precision applications.

Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Messvorrichtung zum mechanischen Analysieren bereitzustellen, welche eine robuste, zuverlässige, It is an object of the present invention to provide a measuring device for mechanical analysis which is robust, reliable,

und effiziente Messung ermöglicht. and enables efficient measurement.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsbeispiele sind in This problem is solved by the articles with the features according to the independent claims. Further embodiments are described in

den abhängigen Ansprüchen gezeigt. shown the dependent claims.

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 According to one aspect of the present invention, a measuring device for the mechanical analysis of a sample is described, wherein the measuring device comprises: a probe for applying a force, in particular a contact force, to the sample; a first displacement measuring device for detecting a change in the length of the sample under the influence of the force; a hybrid drive for compensating for the influence of the change in the length of the sample on the probe, wherein the hybrid drive comprises: a first drive unit configured to move the probe in the direction of the change in length, in particular for setting a zero position of the measuring device; a second drive unit configured to move the probe in the direction of the change in length, in particular during a measuring process, wherein the second drive unit is configured to move the probe more precisely than the first drive unit; a control unit configured to control the first and second drive units.

Zu steuern. To control.

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 According to a further aspect of the present invention, a method for measuring a sample is described, wherein the measurement in particular comprises a thermomechanical analysis. The method comprises the following steps: a. Applying the force, in particular the contact force to the sample; b. Applying a controlled force to the sample.

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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 -3. Temperature program; c. Compensating for the change in length of the sample due to force, in particular contact force and/or temperature during measurement, so that a constant force, in particular contact force, is provided; and d. Measuring the change in length of the sample. The change in length of the sample can be due in particular to force, in particular contact force.

und/oder der Temperatur erfolgen. and/or the temperature.

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 According to a further aspect of the present invention, a method for measuring a sample is described, wherein the measurement includes a dynamic-mechanical analysis. The method comprises the following steps: a. providing a modulated force, in particular a modulated contact force on the sample; and b. controlling the first drive unit and/or the second drive unit, such that the change in length of the sample due to the modulated force, in particular the modulated contact force and/or a temperature effect, is measured by a

Bewegung des Fühlstempels kompensiert wird. Movement of the sensory temple is compensated.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verwenden der Vorrichtung oder des Verfahrens zur Ermittlung eines According to a further aspect of the present invention, the device or method can be used to determine a

Verformungs- und/oder Fließverhaltens eines Materials beschrieben. Describes the deformation and/or flow behavior of a material.

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 In this document, the term "measuring device" can refer, in particular, to a device designed to measure the physical properties of a sample and which uses a measuring drive with a motor-driven shaft for this purpose. The measuring device can measure information indicative of the sample's physical/chemical properties by means of the shaft, which is coupled directly or indirectly to the sample. The indirect coupling of the sample to the shaft is achieved using measuring elements on the shaft, with various measuring element systems being known, such as plate-plate arrangements, cone-plate arrangements, concentric cylinder arrangements, and even solid-state clamping devices for applications such as tensile tests. The measuring device can therefore be, for example, a "rheometer," which in turn is designed to determine the rheological properties of a sample. The term "rheometer" here includes, for example, a rotational viscometer, a

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„4 Rotationsrheometer, ein Oszillationsrheometer, oder ein kombiniertes Rotationsund Oszillationsrheometer sowie Anordnungen zur dynamisch mechanischen "4 rotational rheometers, one oscillation rheometer, or one combined rotational and oscillation rheometer, as well as arrangements for dynamic mechanical

Analyse mit linearer Beanspruchung. Analysis with linear stress.

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 In this document, the term "contact force" can refer in particular to a force that acts on the specimen either constantly or dynamically. A constantly acting contact force can, in particular, be a force that remains unchanged over time, while a dynamically acting contact force can vary over time. In particular, the contact force can be a measuring force, wherein the contact force is measured directly or, preferably, indirectly. In particular, the specimen can be subjected to a contact force, as a result of which the specimen deforms, and further measurements can be taken from this deformation. The contact force can thus cause further measurements to be taken from the deformation of the specimen. The contact force can, in particular, be a mechanical measuring force. The contact force can preferably originate from a drive unit and/or from at least a portion of the specimen's own weight.

der Messvorrichtung stammen. originate from the measuring device.

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 In this document, the term "sensing plunger" can refer in particular to a part of the measuring device that engages with the specimen. The sensing plunger can transmit a mechanical force, in particular a contact force, to the specimen. The sensing plunger can thus be a transmission medium, whereby the contact force can originate outside the sensing plunger. Preferably, the contact force can originate from a drive unit. The sensing plunger can exert this force, originating from a drive unit, as a contact force on the specimen. Preferably, the contact force can also originate from at least a portion of the specimen's own weight. The sensing plunger can, in particular, have an elongated extension, wherein one direction of extension can be in a principal direction of the specimen's change in length. In particular, the direction of extension of the sensing plunger can be in the direction of gravity. The sensing plunger can, in particular, be arranged at one end of a rod. The sensing plunger can also be arranged at one end of a suspension, wherein the sensing plunger is bent at one end.

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-5sein kann. Bevorzugt kann der Fühlstempel einstückig sein. Ebenfalls bevorzugt kann der Fühlstempel auch mehrere Teile umfassen. -5 can be. Preferably, the sensing stamp can be a single piece. Equally preferably, the sensing stamp can also comprise several parts.

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 In this document, the term "sample" can refer, in particular, to an element to be examined whose physical properties are to be measured. The sample can be, in particular, a solid, a gel, or a liquid. The sample can, in particular, comprise a composite material, whereby any combination of different states of matter and/or the same state of matter may occur in the material composition of the sample. The sample can, in particular, be a plastic, a metal, or wood. In particular, the sample can exhibit a rheological property.

aufweisen. exhibit.

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 In this document, the term "rheological property" can refer specifically to a property of a sample, particularly a liquid, that relates to the sample's deformation and/or flow behavior. A rheological property could be, for example, the viscosity, elasticity, or viscoelasticity of the sample. In this document, the term "indicative information" can refer specifically to a measurable quantity that can be detected by a measuring unit. For example, as described above, the rheological property of a sample (coupled with a rotating shaft) can affect the motion characteristics of the rotating shaft. Thus, the applied torque or normal force can change according to the viscoelastic properties of the sample. This change in the motion characteristics would then correspond to indicative information that can be detected by a measuring unit (e.g., via motor current, the resulting angle of rotation, or capacitively). From this indicative information, conclusions can then be drawn about...

die rheologische Eigenschaft der Probe gezogen werden. The rheological properties of the sample can be determined.

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 In this document, the term "displacement measuring device" can refer specifically to an instrument for measuring displacement. The displacement measuring device can be an optical encoder, a differential transformer, or a linear variable differential transformer (LVDT). The displacement measuring device can also be a strain gauge or a capacitive sensor. In the context of this

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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 -6. A first displacement measuring device can detect or measure, in particular, a change in the length of the sample. A second displacement measuring device can detect or measure, in particular, a deformation of another body that is coupled to and/or connected with the sample. In particular, the second displacement measuring device can detect or measure the deformation of a connecting body that is arranged on the one hand between the sample or the sensing plunger and on the other hand a drive unit. The first displacement measuring device can, in particular, be part of a suspension and/or the sensing plunger. The first displacement measuring device can, in particular, be arranged at one end of a suspension. In particular, the first displacement measuring device can be attached to the sensing plunger.

entgegengesetzten Ende angeordnet sein. be located at opposite ends.

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 In this document, the term "change in length" can refer to a physical change in at least one dimension. It is possible, in particular, that the sample changes in all three spatial directions under the influence of a force, especially a contact force. Particularly preferably, the change in length refers to the physical change in the longitudinal direction, i.e., preferably the direction in which the force, especially a contact force, acts on the sample. This is particularly preferably the direction in which the first drive unit moves the sample. In particular, the change in length can also refer to a volumetric change. Thus, a volumetric change can also be measured. In particular, the sample can be in at least part of an incompressible liquid reservoir. Under the influence of the force, especially a contact force, the volume of the sample and/or the liquid reservoir can change. The change in length can therefore be a

Volumenänderung bedeuten. Change in volume.

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 In this document, the term "hybrid drive" can refer in particular to a drive unit with at least two drive units. The hybrid drive is preferably an integrated drive unit consisting of two drive units whose operation may be coordinated and/or aligned. In particular, one drive unit of the hybrid drive may exhibit greater changes than the other drive unit.

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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 "-7 hybrid drive. Preferably, however, the drive units should each have different characteristics. For example, one drive unit of the hybrid drive can perform larger but less precise, i.e., coarser, movements, while the other drive unit of the hybrid drive can perform smaller but more precise movements. In particular, the hybrid drive can accomplish two movement modes using the at least two drive units. A first movement mode can, in particular, be a coarse movement mode, and a second movement mode can, in particular, be a precise movement mode. In particular, the at least two drive units of the hybrid drive can be coupled to each other or decoupled from each other. The operation of the at least two drive units of the hybrid drive can also be coordinated in a decoupled state. A "mode" can generally be used to describe..."

eine Wirkungsweise gemeint sein. It refers to a mode of operation.

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 The term "first drive unit" can refer, in particular, to a coarse drive. The first drive unit can, for example, be a motor-spindle combination. The first drive unit can, for example, have a stroke length of 10 mm. However, the stroke length can also be greater or less. For example, the first drive unit can also have stroke lengths of 100 mm, 50 mm, or 5 mm. The first drive unit can, in particular, be designed to perform a first mode of movement that can cover larger distances than a second, more precise mode of movement. The first drive unit can, in particular, be designed to move the entire measuring device, preferably in the direction of the change in length. In particular, the first drive unit can increase or decrease the force, especially the contact force, on the specimen. In particular, the force, especially the contact force, on the specimen can be reduced with the first drive unit in the opposite direction to gravity. The "movement" by means of the first drive unit can also include adjustment, compensation, or displacement.

umfassen. Der Begriff „zweite Antriebseinheit“ kann insbesondere einen präzisen The term "second drive unit" can, in particular, refer to a precise

Antrieb bezeichnen. Die zweite Antriebseinheit kann beispielsweise ein Piezoantrieb sein. Die zweite Antriebseinheit kann insbesondere eine Hublänge The second drive unit can, for example, be a piezoelectric drive. The second drive unit can, in particular, have a stroke length.

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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 -8 of 1 mm or less, especially a few micrometers. In particular, the second drive unit can also have stroke lengths of 500 µm, 100 µm, or 50 µm. The second drive unit can be coupled to the sensing punch and to the first drive. In particular, the second drive unit can be designed to perform position or dimensional changes significantly faster and/or more precisely. The second drive unit can offer advantages, especially when interacting with the first drive unit, in terms of accuracy, speed, and a larger measuring range. For example, the second drive unit can cause a deflection or traverse in the horizontal direction, whereby the deflection or traverse is then converted into a vertical movement. The conversion of the horizontal movement into a vertical movement

Bewegung kann mithilfe eines Festkörpergelenks geschehen. Movement can be achieved using a solid-state joint.

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 In this document, the term "zero position" can refer to a measuring position in which the first drive unit is positioned so that the second drive unit is centrally aligned. Specifically, the first drive unit can be aligned in the middle of the travel path of the second drive unit. This central alignment of the second drive unit can therefore have the advantage of ensuring maximum movement in both directions along a straight travel path. In particular, a zero position can also refer to a neutral measuring position. Specifically, the zero position can be a measuring position in which the change in length of the sample is already compensated. This is because, if the sample is subjected to a force, especially a contact force due to the weight of at least part of the measuring device and/or a driven force, especially a contact force, the sample may move in the direction of the change in length. For example, the sample may be compressed, which changes its length. The first drive unit of the hybrid drive can therefore compensate for this change in length. For example, the sample's own weight can exert a force, particularly a contact force, that is greater than that required for the measurement. Consequently, the sample can move downwards by 2 mm due to this weight, i.e., in the direction of gravity. Therefore, the first drive unit can also move the probe and/or the second drive unit downwards by 2 mm, thus...

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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 -9 Align the second drive unit centrally. The second drive unit can then detect smaller changes in length with significantly better precision. The zero position can therefore, in particular, define a measurement position in which there is no relative movement between the second drive unit and the sample.

zu Beginn eines Messvorgangs zu verzeichnen ist. is recorded at the beginning of a measurement process.

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 In this document, the term "measurement process" can refer to a measurement period during which the intended measurement is performed. In particular, a measurement process can begin when the force intended or necessary for the measurement, especially the contact force, is provided. Specifically, a measurement process can begin after the influence of the

Längenänderung der Probe auf den Fühlstempel kompensiert ist. The length change of the sample is compensated for on the feeler stamp.

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 In this document, the term "control" can also encompass regulation and adjustment. In this context, the control unit can control the first and second drive units both independently and interdependently. Control of the drive units can occur sequentially or simultaneously. Thus, the first and second drive units can be controlled simultaneously by the control unit. In particular, the control can be coordinated, meaning the control of the second drive unit can depend on the control of the first.

ersten Antriebseinheit erfolgen oder auch umgekehrt. The first drive unit can be used, or vice versa.

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 In this document, the term "mechanical analysis" can generally refer to measurement, or vice versa. Specifically, mechanical analysis can encompass both the direct and indirect acquisition of measured values. It can also include the derivation of parameters obtained as a result of a measurement. For example, a change in length might be detected during a measurement, and a force might be derived from this change in length, and vice versa. More specifically, "mechanical analysis of a sample" refers to changes in physical state variables, from which electrical or digital parameters can also be derived. For example, physical state changes can also cause changes in electrical parameters, such as electrical and/or digital values.

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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 - 10 parameters of a drive unit. The parameter can also include an operating parameter, i.e., a parameter intended for the operation of a drive unit and/or the measuring device. The mechanical analysis also includes thermal or non-thermal analyses, whereby the sample

Temperatur- und/oder Druckänderungen ausgesetzt werden kann. It may be exposed to temperature and/or pressure changes.

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 According to an exemplary embodiment, the invention can be based on the idea that a measuring device for mechanical analysis can be provided in a robust, accurate, and efficient manner by combining the strengths of at least two different drive types. Based on the present invention, for example, the highest precision, particularly in the nanometer range, can be achieved despite larger travel distances using a hybrid drive. The first drive unit can, in particular, comprise a coarse actuator such as a motor-spindle combination. The second drive unit can, in particular, comprise a fine actuator such as a piezoelectric actuator. The piezoelectric actuator can have a limited deflection, which, however, can be exceeded by the sample, so actuation using only the piezoelectric actuator may not be suitable. The inventors have found that it can be advantageous to move the entire measuring device in such a way as to compensate for changes in the length of the sample. Such changes in length can occur, in particular, when the force, especially the contact force, acts on the sample due to at least part of the measuring device's own weight. The measuring device can therefore exert a force on the sample due to gravity. The measuring device can thus be oriented in the direction of gravity, and the sample deforms primarily in the direction of gravity. It can happen, in particular, that the initial force exerted on the sample, especially the contact force, is greater than the force required or desired for the measurement due to the weight of the measuring device itself. It may therefore be necessary to compensate for a certain amount of the force, i.e., to reduce the contact force exerted on the sample. This can be achieved, in particular, by the first drive unit, by moving the sensing plunger in the opposite direction to gravity and itself bearing part of the weight of the measuring device. The second drive unit can then...

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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 The first drive unit must be aligned so that the second drive unit is brought into a zero position, i.e., a neutral measuring position. In particular, the measurement process can then begin after such compensation has taken place. The force now exerted on the sample can be adjusted using the hybrid drive so that further minor changes in the sample's length can be detected with high accuracy using the second drive unit, which is more precise than the first. In particular, the second drive unit can also compensate for the movement (stroke movement) of the first drive unit, especially if the first drive unit causes errors due to larger travel distances, i.e., larger stroke movements (for example, motion tolerances in an actuator of the first drive unit, such as a motor-spindle combination). The control unit can therefore control the first and second drive units simultaneously. In particular, the control unit can be controlled using a first displacement measuring device such as an optical encoder or a limited-voltage differential transformer (LVDT), or it can be controlled using a second displacement measuring device such as a strain gauge sensor or a capacitive sensor. The second drive unit can therefore perform a dual function, compensating for errors in the first drive unit and additionally capturing highly accurate measurements, i.e., length changes specific to the measurement process. A hybrid drive thus allows for a fine movement mode using the second drive unit and a coarse movement mode using the second drive unit.

Bewegungsmodus mithilfe der ersten Antriebseinheit realisieren. The movement mode is implemented using the first drive unit.

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 The inventors have also discovered that a hybrid drive can be used in such a way that the first drive unit can apply a predetermined force, in particular a contact force, to the sample for measurement, and the second drive unit can detect the changes in length caused by this force. Specifically, the first drive unit can be integrated into a rotating device whose axis of rotation lies in a plane orthogonal to the lifting motion. The first drive unit can thus apply a rotating force to the sample and cause a change in length that is orthogonal to the rotation. The second drive unit can then initially compensate for errors due to the movement (lifting motion) of the first drive unit and detect measured values.

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- 12 Messgrößen, also Längenänderungen der Probe, können aufgrund der von der ersten Antriebseinheit ausgeübten Kraft zustande kommen. - 12 measured quantities, i.e. changes in the length of the sample, can occur due to the force exerted by the first drive unit.

Exemplarische Ausführungsbeispiele Exemplary implementation examples

Im Weiteren werden zusätzliche exemplarische Ausführungsbeispiele der Further exemplary implementation examples of the

Vorrichtung und des Verfahrens beschrieben. The device and the method are described.

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 According to one embodiment, the measuring device has a suspension device which is coupled to the sensing plunger and is configured to provide a constant force, in particular a constant contact force on the sample, wherein the force, in particular the contact force, is at least partially due to the self-weight of at least

einem Teil der Messvorrichtung bereitgestellt wird. is provided as part of the measuring device.

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 The suspension device can be designed such that the probe is bent at one end and shaped into a hook. The probe can then be suspended from the sample, and the measuring device can thus be suspended from the sample. The entire measuring device can be moved, particularly with the help of the first drive unit, to compensate for changes in the sample's length. Such changes in length can occur, in particular, when a force acts on the sample due to at least part of the measuring device's own weight. The measuring device can therefore exert a contact force on the sample due to gravity. The measuring device can thus be oriented in the direction of gravity, and the sample deforms primarily in the direction of gravity. This would also have the advantage that the force does not need to be actively applied by a drive unit, but only by the measuring device itself. This could help to precisely control the force by reducing it to a predetermined value using the hybrid drive. In particular, it may happen that the concept of force reduction, i.e., an indirect application of the contact force through reduction, can ensure better accuracy than a

vorbestimmte Anpresskraft direkt und aktiv auf die Probe aufzubringen. to apply a predetermined contact force directly and actively to the sample.

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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 According to a further embodiment, the measuring device has a connecting body, wherein the connecting body is configured to couple the sensing plunger to at least one part of the hybrid drive, in particular to the first drive unit, wherein the connecting body has at least one of the following: an elastically deformable element for controlling the force, in particular the contact force on the specimen; a second displacement measuring device, in particular a strain gauge, for measuring a deformation of the connecting body; the second drive unit for compensating for a change in the length of the specimen due to a mechanical or

thermischen Einwirkung auf die Probe. thermal effects on the sample.

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 The connecting body can, in particular, comprise several parts, with the connecting body being considered an integral part. Specifically, the connecting body can be understood as a transmission element, capable of transmitting a force or contact force between the first drive unit and the sensing plunger. The connecting body can, in particular, include an elastically deformable element, such as a spring, which can regulate, provide, and/or measure the force. Measurement can be direct or indirect, using a measuring device, in particular the first and/or the second displacement measuring device. A mechanical action on the sample can, in particular, refer to pressing and/or pulling the sample. A thermal action on the sample can, in particular, refer to heating or cooling the sample. The second drive unit, for example, a piezoelectric actuator, can, in particular, deflect at least a part of the connecting body and/or the connecting body itself. This would have the advantage that the force can be effectively compensated to the required level and, in addition, compensate for errors that may arise, in particular, from the first drive unit. Such errors can arise, for example, from a combination of a linear guide and motor spindle throughout the entire movement of the first drive unit. The entire movement of the first drive unit can be understood, in particular, as the travel distance or movement in the direction of the change in length, or as the entire path over which the

Probe sich bewegen kann, gemeint sein. Dadurch kann über den gesamten The test can move, which is meant to be the intended effect. This allows for movement across the entire area.

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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. “14. A constant force is maintained over the travel distance, whereby the travel distance is limited only by the length of the linear guide and the spindle.”

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, According to a further embodiment, the connecting body is designed in the shape of a parallelogram, and/or the connecting body is located between the sensing plunger and at least one part of the hybrid drive.

insbesondere der ersten Antriebseinheit, angeordnet ist. in particular the first drive unit.

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 The connecting element can be clamped between the first drive unit, which may be mounted in a fixed location, and the sensing plunger. The connecting element can thus transmit forces to increase or decrease the force applied to the sample. Because the connecting element is designed in the shape of a parallelogram, the force transmitted by the connecting element can be dosed much more precisely, thereby significantly improving measurement accuracy. In particular, the parallelogram design allows the second drive unit to induce a deflection that results in an even smaller deflection in the connecting element. This effect can further minimize potential errors. This effect can also work in reverse: a comparatively very small movement (due, for example, to a change in the length of the sample within the connecting element) can be converted into a larger movement in the second drive unit, allowing the second drive unit to compensate for the very small movement.

kleine Bewegung präziser erfassen kann. It can detect small movements more precisely.

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. According to a further embodiment, the measuring device has a linear guide for guiding the measuring device in the direction of the change in length, wherein the connecting body is arranged between the linear guide and the sensing punch.

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 The connecting element can, for example, be mounted in such a way that it can move vertically, i.e., in the direction of gravity, but not in the plane orthogonal to gravity. The linear guide can therefore allow movement in a vertical direction but not horizontally, i.e., in a direction orthogonal to gravity. This would have the

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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 - 15. Advantage: The linear guide allows for vertical movement of the first drive unit, thus eliminating horizontal movement. The linear guide can therefore increase or decrease the force applied to the specimen. By positioning the connecting element between the linear guide and the probe, the connecting element can transmit a larger deflection from the first drive unit to the probe and consequently to the specimen, or vice versa, i.e., from the specimen and probe to the specimen.

Kompensation durch die erste Antriebseinheit mithilfe des Verbindungskörpers. Compensation by the first drive unit using the connecting body.

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 According to a further embodiment, the drive direction of the second drive unit is aligned in the direction of the change in length of the sample. In particular, the second drive unit can also be aligned in the same direction as the first drive unit. Thus, the second drive unit can be aligned centrally with the first drive unit at the start of a measurement process. The second drive unit can therefore cause or apply a movement and/or a force to the sample that is aligned in the same direction as the stroke movement of the second drive unit. This would have the advantage that the second drive unit could also move the entire measuring device or detect a vertical movement more directly and precisely. In particular, this alignment of the second drive unit can allow the stroke movement of the second drive unit to result in a movement in a linear guide, or vice versa, i.e., a movement in a linear guide in the second drive unit.

Antriebseinheit zu erfassen. To detect the drive unit.

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 According to a further embodiment, the drive direction of the second drive unit is oriented transversely to the direction of the sample's change in length. The second drive unit can thus cause a lifting motion in the plane orthogonal to the direction of gravity. This would have the advantage that, for example, a small change in length could be detected more accurately or precisely. In particular, with this orientation, the second drive unit can be integrated into the connecting body.

Antriebseinheit kann also in dieser Ausgestaltung selbst als zweite In this configuration, the drive unit can itself serve as a second

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A 6918 AT - 16 Wegmessvorrichtung fungieren und eine Deformation des Verbindungskörpers A 6918 AT - 16 displacement measuring device function and a deformation of the connecting body

messen. measure.

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 In a further embodiment, the measuring device can, in particular, have a connecting body, wherein the connecting body is configured to couple the sensing plunger to at least one part of the hybrid drive, in particular to the first drive unit, wherein the connecting body has at least one of the following: an elastically deformable element for controlling the force on the sample; the second drive unit as a second displacement measuring device for measuring a

Deformation des Verbindungskörpers. Deformation of the connecting body.

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 According to a further embodiment, the second drive unit can be physically decoupled from the first drive unit. In particular, the second drive unit can also be controlled independently of the first drive unit and/or perform an independent function. Specifically, the first drive unit can be designed to apply force to the sample, and the second drive unit can detect the resulting change in length. For example, the second drive unit can be arranged in or coupled to a platform, and the first drive unit can be coupled to the sensing plunger, whereby the platform can be physically separated from the sensing plunger. The platform can, for example, hold the sample and can be stationary or movable. The sensing plunger can, in particular, be in contact with or come into contact with the sample. This would have the advantage of making the hybrid drive even more flexible. The second drive unit can therefore be stationary while the first drive unit is moving, or vice versa. The stroke movements of the first and/or the second drive unit can be horizontal, i.e., orthogonal to the direction of gravity, or vertical, i.e., in the direction of gravity.

Schwerkraftrichtung, ausgerichtet sein. be aligned with the direction of gravity.

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. According to a further embodiment, the measuring device includes a temperature control device for temperature-controlling the sample. Preferably, the measuring device includes a platform which is stationary or movable. The platform can be movable, in particular, in the direction of the change in length.

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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, -17The platform is particularly preferably stationary. The temperature control device can be arranged between the probe and the platform. Temperature control of the sample can involve either heating or cooling. The sample can be heated from below; the platform can therefore have a heating surface on which the sample is placed. It is also preferably possible to temperature control the sample laterally. In particular, temperature control can generally be carried out in the entire area surrounding the sample. This would have the advantage of ensuring a uniform temperature change in the sample. Temperature control of the sample would have the advantage of enabling thermomechanical analysis (TMA) or dynamic mechanical analysis (DMA) with the measuring device. The temperature of the sample can be kept constant or varied. In particular, the temperature control device opens up more possibilities for the mechanical analysis of the sample. For example, the force on the sample can be kept constant while the temperature of the sample is varied. Likewise, the temperature of the sample can be kept constant,

während die Kraft auf die Probe variiert wird. while the force is varied on the test.

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 According to a further embodiment, the measuring device has a rotation unit which can be coupled to the first drive unit and moved orthogonally to the rotation plane of the rotation unit by means of the first drive unit. In particular, the rotation unit can be coupled to the probe so that the force, especially the contact force, can be applied to the sample while the probe is simultaneously rotated. This would have the advantage that rheological properties in the sample could be investigated.

werden können. can be.

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 According to another embodiment, the second drive unit is movable orthogonally to the plane of rotation of the rotating unit. For example, the second drive unit can be coupled to a platform, with the sample arranged on the platform. During a measurement process, the second drive unit can therefore detect longitudinal movement or changes in the sample's length with the highest accuracy. The second drive unit can thus compensate for changes in the sample's length by means of its mobility. In particular, the second drive unit can

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werden. become.

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 According to a further embodiment, the measuring device has a sensor arranged within the connecting body for measuring a displacement in a fluid-filled cavity, wherein the force, in particular the contact force, can be determined. The fluid can be, in particular, air; the fluid-filled cavity can therefore be, in particular, an air bearing. Optionally, however, the fluid can also be another fluid, in particular a liquid. Preferably, the sensing plunger extends into the connecting body, so that the sensing plunger is air-supported. The displacement in the air bearing is preferably measured using sensors that can have a capacitive and/or inductive and/or interferometric mode of operation. This would have the advantage, for example, that the resolution of the sensors can be particularly high, so that highly accurate measurements (even in compact applications) are possible.

Bauweise) ermöglicht werden können. construction method) can be made possible.

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 According to a further embodiment, the first drive unit compensates for the influence of the sample's length change so that the second drive unit is brought into a neutral measuring position. A neutral measuring position can be, in particular, a compensated position or a zero position. The compensation can, in particular, involve any predetermined length change. A predetermined length change can be advantageous for measurement accuracy, allowing compensation for this predetermined length change to be performed. It can happen that the force, especially the contact force on the sample, is greater than desired. With the compensation, any contact force can be reduced so that only the desired contact force remains. This would have the advantage of providing maximum flexibility and the greatest possible range of applications.

Messprogrammen eingestellt werden kann. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren ferner Measurement programs can be set. According to a further embodiment, the method also features

auf: Ausführen eines Hybridpositionierungsverfahrens mithilfe des Hybridantriebs, wobei eine grobe Positionierung mithilfe der ersten on: Executing a hybrid positioning procedure using the hybrid drive, wherein a rough positioning is achieved using the first

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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 - 19 Drive unit and fine positioning is performed using the second drive unit. In particular, the control unit can be designed to control or execute the hybrid positioning process, whereby coarse positioning and/or fine positioning is controlled or executed. The hybrid positioning process can, in particular, perform fine and coarse positioning simultaneously, but fine and coarse positioning can also be performed sequentially. Fine and coarse positioning can therefore be carried out as a two-stage process. By coupling the two

Positionierungen kann eine vorteilhafte Regelung der Position ermöglicht werden. Positioning can enable advantageous regulation of the position.

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 According to another embodiment, the drive units of the hybrid drive can be controlled simultaneously. "Simultaneously" can refer in particular to the simultaneous control and/or regulation and/or adjustment.

sein. be.

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 According to a further embodiment, the fine positioning and/or coarse positioning in the hybrid positioning method is controlled by means of the second displacement measuring device. The second displacement measuring device can, in particular, be a sensor of a mechanical and/or electrical and/or capacitive and/or inductive and/or interferometric type. Control by means of the second displacement measuring device would have the particular advantage of optimizing and adapting the fine and/or coarse positioning as much as possible, also with regard to achieving optimal resolution for the control.

kann mithilfe der zweiten Wegmessvorrichtung berücksichtigt werden. can be taken into account using the second displacement measuring device.

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 According to a further embodiment, the method further comprises: a. providing a constant force, in particular a constant contact force; b. measuring a parameter, in particular a voltage and/or a displacement, in the second drive unit, wherein a parameter, in particular a voltage and/or a displacement, is derived in the first drive unit; c. the first drive unit is controlled by means of the

abgeleiteten Parameters in der ersten Antriebseinheit gesteuert. Derived parameters are controlled in the first drive unit.

Insbesondere kann ein beliebiger Parameter (beispielsweise die Motorspannung der ersten Antriebseinheit) mit zunehmender Verschiebung der In particular, any parameter (for example, the motor voltage of the first drive unit) can be changed with increasing displacement of the

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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 -20 increase the second drive unit (of the piezo drive). In particular, the parameter can be an operating parameter. A zero position of the second drive unit (of the piezo drive) can be found based on a derived parameter measurement (the second drive unit can thus be set to the center). Since a parameter for the first drive unit (e.g., the motor voltage) can be derived from the parameter of the second drive unit (e.g., the voltage of the piezo drive), the first drive unit can be controlled using the derived parameter (e.g., the motor voltage). The entire stroke length of the second drive unit (of the piezo drive) can be made available or guaranteed during the measurement. This would have the advantage of also being able to perform measurements where larger travel distances are necessary than the stroke length of the second drive unit can provide. Although the stroke length of a high-precision drive unit like the second drive unit (e.g., a piezo drive) is comparatively small, this method can achieve travel distances that exceed the stroke length of the second drive unit (e.g., a piezo drive) and still

größtmögliche Präzision erreicht werden. The greatest possible precision can be achieved.

Kurze Beschreibung der Figuren Brief description of the characters

Im Folgenden werden exemplarische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung mit Verweis auf die folgenden Figuren detailliert Exemplary embodiments of the present invention are described in detail below with reference to the following figures.

beschrieben. described.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem Hybridantrieb sowie lineare Führung und Verbindungskörper mit Dehnmessstreifen gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figure 1 shows a measuring device according to the invention with a hybrid drive as well as linear guide and connecting body with strain gauges according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem Figure 2 shows another measuring device according to the invention with a

Hybridantrieb mit einer im Verbindungskörper integrierten zweiten Antriebseinheit gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hybrid drive with a second drive unit integrated in the connecting body according to an exemplary embodiment of the invention.

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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. Figure 3 shows another measuring device according to the invention with a hybrid drive and a movable platform according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 4a zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem Hybridantrieb sowie Luftlager gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figure 4a shows another measuring device according to the invention with a hybrid drive and air bearings according to an exemplary embodiment of the invention.

Figur 4b zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem Hybridantrieb sowie kontaktfreier Luftlager gemäß einem exemplarischen Figure 4b shows another measuring device according to the invention with a hybrid drive and contactless air bearings according to an exemplary

Ausführungsbeispiel der Erfindung. Exemplary embodiment of the invention.

Figur 5 zeigt eine konventionelle Messvorrichtung. Figure 5 shows a conventional measuring device.

Figur 6 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung zur dynamisch-mechanischen Analyse gemäß einem exemplarischen Figure 6 shows another measuring device according to the invention for dynamic-mechanical analysis according to an exemplary

Ausführungsbeispiel der Erfindung. Exemplary embodiment of the invention.

Figur 7 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Messvorrichtung im Rheometeraufbau gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung. Figure 7 shows another measuring device according to the invention in a rheometer setup according to an exemplary embodiment of the invention.

Ausführliche Beschreibung der Figuren Detailed description of the characters

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 Figure 1 shows a measuring device 100 according to the invention with a hybrid drive 140, which comprises a first drive unit 141 (here designed as a motor-spindle combination) and a second drive unit 142 (here designed as a piezoelectric drive). Thus, two actuators are used in this hybrid drive 140 according to the invention, which complement each other with regard to their stroke or travel distances and their resolution and accuracy. A sample 110 is arranged between a rigid, stationary platform 192 and a sensing punch 120, which is coupled to a suspension device 150. The sensing punch 120 is shaped such that a contact force is exerted on the sample 110 at one end, and the other end extends vertically in the direction of gravity and is coupled to the suspension device 150. The suspension device 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 -22 forms an integral part with the sensing plunger 120. At another end of the suspension device 150 is a first displacement measuring device 130 (here implemented with optical operation as an optical encoder using an optical sensor), which can detect a change in the length of the sample under the influence of the contact force. The contact force arises from at least a portion of the self-weight of the measuring device 100. The contact force exerted on the sample comprises at least the required

Kraft, die für die Messung notwendig ist. Force required for the measurement.

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 A connecting body 160, designed as a parallelogram, has an elastically deformable element 161 and is connected to the suspension device 150 and coupled to the sensing plunger 120 on one side, and mounted in a linear guide 180 that allows vertical movement on the other. The connecting body 160 is connected to the second drive unit 142 and coupled to the first drive unit 141 via the second drive unit 142. The first drive unit 141 is stationary on one side and connected to the second drive unit 142 on the other, so that the first drive unit 141 can move the measuring device 100. The second drive unit 142 and the first drive unit 141 can compensate for the contact force exerted on the specimen, which arises due to the weight of at least one part of the measuring device 100. The first and/or the second drive unit 142 can deflect the connecting body 160. The deflection is detected by a second displacement measuring device 131 (here designed as a strain gauge) mounted on the connecting body 160 and horizontally aligned. The temperature of the sample 110 can also be set as desired by means of a temperature control device 190.

werden. become.

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 The measuring device 100 is capable of performing both thermomechanical analysis (TMA) and dynamic mechanical analysis (DMA). In a TMA, the contact force applied to the sample 110 remains constant, while a controlled temperature program is carried out using the temperature control device 190. As a result of the thermal influence, the dimensions of the sample change. To ensure a constant contact force despite this, a hybrid positioning method is employed.

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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 -23, whereby coarse positioning is performed using the first drive unit 141 and fine positioning is performed using the second drive unit 142. The fine positioning is significantly faster and more precise than the coarse positioning. In the hybrid positioning method, the coarse and fine positioning are controlled simultaneously using the control unit 170. In the event of drift, i.e., an unwanted displacement, the control unit 170 can easily and quickly correct the drift using the second drive unit 142.

Antriebseinheit 142 kompensieren. Compensate drive unit 142.

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. In DMA, the temperature of sample 110 remains constant throughout the entire measurement process thanks to the temperature control device 190. The contact force acting on sample 110 is modulated, resulting in an oscillating force. The modulation of the contact force is controlled by the control unit 170. When an increase in contact force is required, the stroke of the first 141 and/or the second drive unit 142 in the hybrid drive 140 is moved vertically downwards in the direction of gravity. Conversely, when the contact force is reduced, the stroke of the first 141 and/or the second drive unit 142 in the hybrid drive 140 is moved vertically upwards. Depending on the required resolution of the force modulation, either the first 141 and/or the second drive unit 142 can be controlled individually. With a larger force modulation of lower resolution, i.e., a force modulation with a higher measurement tolerance, both the first 141 and the second drive unit 142 are controlled. Conversely, with a smaller force modulation of higher resolution, the first drive unit 141 is used solely for compensation purposes, and the second drive unit 142 is actively controlled for force modulation. Furthermore, low-frequency sinusoidal oscillations can be easily performed. Thus, the hybrid drive according to the invention can meet a wide range of test requirements.

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 Figure 2 shows another measuring device 100 according to the invention with a hybrid drive 140 and a second drive unit 142 integrated in the connecting body 160, according to an exemplary embodiment of the invention. In contrast to Figure 1, the second drive unit 142 is horizontally oriented in the connecting body 160, i.e., orthogonal to gravity.

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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 - 24 direction, aligned and exerts a lifting movement in the horizontal direction. The connecting body 160 also has a second displacement measuring device 131, which is also aligned in the horizontal direction. The second displacement measuring device 131 is arranged on the connecting body 160 between the second drive unit and the suspension 150. The horizontal deflection of the second drive unit 142 is converted into vertical movement via a solid-state joint (not shown). In contrast to the illustration in Figure 1, an active horizontal deflection can therefore take place in Figure 2. This would have the advantage that the deformation of the connecting body 160 can be controlled more directly. Nevertheless, coarse positioning can still be carried out using the first drive unit 141 and the linear guide 180 as in Figure 1, with the sensing plunger 120

vertikal verschoben werden kann. can be moved vertically.

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 Figure 3 shows another measuring device 100 according to the invention, comprising a hybrid drive 140 and a movable platform 191, in an exemplary embodiment of the invention. Unlike Figure 1, the connecting body 160 is not mounted on a linear guide, but is instead directly coupled to the second drive unit 142, which in turn is connected to the first drive unit 141. In this exemplary embodiment, the second drive unit 142 has a total stroke length of 200 µm, with the stroke being able to move 100 µm in each direction. The first drive unit 141 also has, by way of example, a stroke length of 10 mm, with the stroke being able to move 5 mm in each direction. Also unlike Figure 1, the sample 110 is arranged on a movable platform 191, with the sample 110 and the movable platform 191 being arranged within a temperature control device 190, which is designed here as an oven. The movable platform 191 has the advantage of allowing samples of 110 different sizes to be placed in the

Temperiervorrichtung 190 unterbringen zu können. To be able to accommodate a temperature control device 190.

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 At the start of the measurement process, the sensing plunger 120 engages with the sample 110, and the sample 110 is subjected to a contact force due to a portion of the measuring device 100's own weight. This contact force initially causes a deflection of the elastically deformable element 161. The first drive unit 141 can then counteract this deflection.

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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. - 25 compensate and thereby align the second drive unit 142 centrally so that the measuring device 100 is in a zero position. The measuring device 100 is thus in a neutral measuring position, so that further, even very small, changes in length, as well as measurement errors of the first drive unit 141, are additionally compensated by the second drive unit 142. The elastically deformable element 161 can be used in such a way that even very small changes in the contact force can be made with the help of the second drive unit 142. The second displacement measuring device 131 as a positioning element (here implemented as a strain gauge sensor) can detect these very small force changes and return them as feedback to the control unit 170, so that the second drive unit 142 can be readjusted or corrected during the fine positioning of the hybrid positioning process. The hybrid positioning method includes simultaneous control of the first drive unit 141 (motor-spindle combination) and the second drive unit 142 (piezo drive), which is mechanically decoupled from the first drive unit 141 (motor-spindle combination).

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 Figure 4a shows another measuring device 100 according to the invention with a hybrid drive 140 and air bearings according to an exemplary embodiment of the invention. In contrast to Figure 1, the suspension device 150 extends vertically through the connecting body 160. An air bearing is provided within the connecting body 160, in which two capacitive sensors 132 are designed to measure a vertical displacement. The sample suspension 150 has a horizontal extension within the connecting body 160, such that a gap is formed between the horizontal extension of the sample suspension 150 and a horizontally oriented surface of the air bearing within the connecting body 160. The sample suspension 150 is oriented such that its horizontal extension intersects the vertical extension of the sample suspension 150 within the connecting body 160, thus forming a crossing within the connecting body. Within the connecting body 160, a bearing 155 is arranged, which physically connects the sample suspension 150 to the connecting body 160. In particular, the bearing 155 is arranged at a point on its horizontal extension distal to the intersection, such that the bearing 155 is positioned to

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A 6918 AT A 6918 AT

-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 -26 The intersection is horizontally spaced. Electrical signals can also be transmitted using the bearing 155. Force and/or displacement measurement within the air bearing is achieved by capacitively detecting the gap size. A special feature of this design of the second displacement measuring device 132 in an air bearing is that the force and/or displacement measurement is force-free and contactless, in particular frictionless, without complicating the setup or impairing measurement accuracy or operational reliability. This allows for a further increase

der Messgenauigkeit. the measurement accuracy.

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. In a modified version shown in Figure 4b, the sample suspension 150 is suspended relative to the connecting body 160, thus having a contactless air bearing. In particular, in this embodiment, the sample suspension 150 is completely free of contact with the connecting body 160. The cavity between the sample suspension 150 and the connecting body 160 is therefore filled with air.

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 Figure 6 shows another measuring device 100 according to the invention for dynamic-mechanical analysis as a rheometer setup according to an exemplary embodiment of the invention. The measuring device 100 has a hybrid drive 140, which comprises a first drive unit 141 as a motor-spindle combination and a second drive unit 142 as a piezoelectric drive. The first drive unit is coupled to a sensing probe 120 via a rotary unit 300, the rotary unit 300 being mounted on a slide and displaceable in the vertical direction by means of the first drive unit 141. The rotary unit 300 is thus movable orthogonally to the plane of rotation of the rotary unit 300 by means of the first drive unit 141. The sample 110 is in turn coupled to the second drive unit 142 and displaceable in the vertical direction by means of the second drive unit 142. The contact force is actively applied during measurement via the first drive unit 141, while the second drive unit 142 can perform fine positioning. In particular, the second drive unit 142 is able to compensate for measurement errors from the first drive unit 141 and/or the rotation unit 300. A rotating shaft of the rotation unit is mounted within the rotation unit 300, and a normal force is applied by means of a [missing information - likely a component or component].

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A 6918 AT A 6918 AT

„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. "27 Rotation unit 300 integrated first displacement measuring device 133 can be measured. The rotating shaft is rotationally fixed to the sensing plunger 120. The first displacement measuring device 133 can send a signal to the control unit 170 for controlling the hybrid drive 140."

Eine Besonderheit an diesem Aufbau ist, dass die erste 141 und die zweite Antriebseinheit 142 simultan gesteuert werden kann, während der Fühlstempel A special feature of this setup is that the first 141 and the second drive unit 142 can be controlled simultaneously, while the sensing stamp

120 rotierend eine Anpresskraft auf die Probe 110 ausüben kann. 120 rotating can exert a contact force on the sample 110.

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 Figure 7 shows a measuring device 100 as a rheometer for determining indicative information for the rheological properties (e.g., viscosity) of a sample 110 (in this case, a liquid). The measuring device 100 has a hybrid drive 140, which comprises a first drive unit 141 as a motor-spindle combination and a second drive unit 142 as a piezoelectric drive. The rotation unit 300 with the sensing plunger 120 are coupled such that the sensing plunger 120 can be rotated about its axis of rotation by means of the rotation unit. Furthermore, the sensing plunger 120 can be displaced vertically by means of the first drive unit 141. The first drive unit 141 can be controlled so that the sensing plunger 120 is displaced vertically over a longer distance, but at a slower speed than the second drive unit 142, which also operates with a significantly finer resolution. The second drive unit 142 is specifically designed to compensate for measurement errors caused by the first drive unit 141 and the rotary unit 300, so that the contact force remains constant. The first 141 and second drive unit 142 are

simultan mithilfe der Steuereinheit 170 über einen Regelkreis gesteuert. Simultaneously controlled via a control loop using the control unit 170.

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A 6918 AT A 6918 AT

Bezugszeichen Reference sign

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

- 28 -- 28 -

Messvorrichtung Measuring device

Probe Sample

Fühlstempel Tactile stamp

Erste Wegmessvorrichtung Zweite Wegmessvorrichtung Hybridantrieb First displacement measuring device Second displacement measuring device Hybrid drive

Erste Antriebseinheit First drive unit

Zweite Antriebseinheit Aufhängungsvorrichtung Lagerung der Aufhängungsvorrichtung Verbindungskörper Second drive unit, suspension device, bearing of the suspension device, connecting body

Elastisch deformierbares Element Steuereinheit Elastically deformable element control unit

Lineare Führung Temperiervorrichtung Linear guide temperature control device

Bewegbare Plattform Movable platform

Starre bzw. ortsfeste Plattform Rigid or stationary platform

Rotationseinheit Rotary unit

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A 6918 AT - 29 -A 6918 AT - 29 -

Patentansprüche Patent claims

1. Eine Messvorrichtung (100) zum mechanischen Analysieren einer Probe 1. A measuring device (100) for mechanically analyzing a sample

(110), wobei die Messvorrichtung (100) aufweist: (110), wherein the measuring device (100) comprises:

- einen Fühlstempel (120) zum Bereitstellen einer Kraft, insbesondere einer, Anpresskraft an die Probe (110); - a sensing plunger (120) for providing a force, in particular a contact force on the sample (110);

- eine erste Wegmessvorrichtung (130, 133) zum Detektieren einer Längenänderung der Probe (110), unter der Krafteinwirkung; - a first displacement measuring device (130, 133) for detecting a change in length of the sample (110) under the influence of force;

- einen Hybridantrieb (140) zum Kompensieren des Einflusses der Längenänderung der Probe (110) auf den Fühlstempel (120), wobei der Hybridantrieb (140) aufweist: - a hybrid drive (140) for compensating the influence of the length change of the sample (110) on the sensing plunger (120), wherein the hybrid drive (140) comprises:

- 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); - a first drive unit (141) which is configured to move the sensing plunger (120) in the direction of the change in length, in particular to set a zero position of the measuring device (100);

- eine zweite Antriebseinheit (142), welche dazu eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) in Richtung der Längenänderung zu bewegen, insbesondere während eines Messvorgangs, - a second drive unit (142) which is configured to move the sensing plunger (120) in the direction of the change in length, particularly during a measuring process,

wobei die zweite Antriebseinheit (142) eingerichtet ist, den Fühlstempel (120) präziser zu bewegen als die erste Antriebseinheit (141); und wherein the second drive unit (142) is configured to move the sensing plunger (120) more precisely than the first drive unit (141); and

- eine Steuereinheit (170), welche dazu eingerichtet ist, die - a control unit (170) which is configured to

erste (141) und zweite Antriebseinheit (142) zu steuern. to control the first (141) and second drive unit (142).

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. 2. The measuring device (100) according to claim 1, comprising: a suspension device (150) which is coupled to the sensing plunger (120) and is configured to provide a constant force, in particular a constant contact force on the sample, wherein the force is provided at least partially due to the weight of at least one part of the measuring device (100).

3. Die Messvorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, 3. The measuring device (100) according to claim 1 or 2,

aufweisend: exhibiting:

einen Verbindungskörper (160), wobei der a connecting body (160), wherein the

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A 6918 AT - 30 -A 6918 AT - 30 -

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). The connecting body (160) is configured to couple the sensing plunger (120) with at least one part of the hybrid drive (140), in particular with the first drive unit (141), wherein the connecting body (160) has at least one of the following: - an elastically deformable element (161) for controlling the force on the specimen (110); - a second displacement measuring device (131, 132), in particular a strain gauge, for measuring a deformation of the connecting body (110); - the second drive unit (142) for compensating a change in length of the specimen (110) as a result of a mechanical or thermal action on the specimen (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 4. The measuring device (100) according to claim 3, wherein the connecting body (160) is designed in the form of a parallelogram, and/or wherein the connecting body (160) is between the sensing plunger (120) and at least one part of the hybrid drive (140), in particular the first

Antriebseinheit (141), angeordnet ist. drive unit (141), is arranged.

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) 5. The measuring device (100) according to claim 3, comprising: a linear guide (180) for guiding the measuring device (100) in the direction of the change in length, wherein the connecting body (160) is located between the linear guide (180) and the sensing plunger (120)

angeordnet ist. is arranged.

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. 6. The measuring device (100) according to one of the preceding claims, wherein a drive direction of the second drive unit (142) is aligned in the direction of the change in length of the sample (110).

7. Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, 7. The measuring device (100) according to one of the preceding claims,

wobei eine Antriebsrichtung der zweiten Antriebseinheit (142) quer zur Richtung der Längenänderung der Probe (110) ausgerichtet ist. wherein one drive direction of the second drive unit (142) is oriented transversely to the direction of the length change of the sample (110).

5 9. Die Messvorrichtung (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, aufweisend: 5 9. The measuring device (100) according to one of the preceding claims, comprising:

eine Temperiervorrichtung (190) zum Temperieren der Probe (110). a temperature control device (190) for temperature control of the sample (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. 10. The measuring device (100) according to one of the preceding claims, comprising: a rotation unit (300) which is coupleable with the first drive unit (141) and is movable orthogonally to the plane of rotation of the rotation unit (300) by means of the first drive unit (141). 15. The measuring device (100) according to claim 10, wherein the second drive unit (142) is movable orthogonally to the plane of rotation of the rotation unit (300).

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, 20 12. The measuring device (100) according to one of the preceding claims, comprising: a sensor (132) arranged within the connecting body (160) for measuring a displacement in a fluid-filled cavity,

wobei die Kraft, insbesondere die Anpresskraft bestimmbar ist. where the force, in particular the contact force, can be determined.

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 25 13. A method for measuring a sample (110) with a measuring device (100) according to any one of the preceding claims 1 to 12, wherein the measuring in particular comprises a thermomechanical analysis, the method comprising: 30 a. providing the force, in particular a contact force, to the sample (110); b. subjecting the sample (110) to a controlled temperature program; c. compensating for the change in length of the sample (110) due to the 35 force and/or the temperature during the measurement, so that a

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A 6918 AT „32 konstante Kraft, insbesondere eine Anpresskraft bereitgestellt wird; und d. Messen der Längenänderung der Probe (110). A 6918 AT “32 constant force, in particular a contact force is provided; and d. measuring the change in length of the sample (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: 14. A method for measuring a sample (110) with a measuring device (100) according to any one of claims 1 to 12, wherein the measuring comprises a dynamic-mechanical analysis, the method comprising:

a. Bereitstellen einer modulierten Kraft, insbesondere einer modulierten Anpresskraft auf die Probe (110); und a. Providing a modulated force, in particular a modulated contact force on the specimen (110); and

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. b. Controlling the first drive unit (141) and/or the second drive unit (142) so that the change in length of the sample (110) as a result of the modulated force, in particular the modulated contact force and/or a temperature effect, is compensated by a movement of the sensing plunger (120).

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 15. The method according to claim 13 or 14, wherein the first drive unit (141) compensates for the influence of the change in length of the sample such that the second drive unit (142) is in a neutral position

Messposition gebracht wird. The measuring position is brought.

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, 16. The method according to any one of claims 13 to 15, further comprising: performing a hybrid positioning method using the hybrid drive (140), wherein coarse positioning is performed using the first drive unit (141) and fine positioning is performed using the second drive unit (142),

17. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Antriebseinheiten (141, 142) des Hybridantriebs (140) simultan gesteuert werden können. 17. The method according to one of claims 13 to 16, wherein the drive units (141, 142) of the hybrid drive (140) can be controlled simultaneously.

18. Das Verfahren nach Anspruch 16, wobei die feine Positionierung und/oder die grobe Positionierung im Hybridpositionierungsverfahren mittels der 18. The method according to claim 16, wherein the fine positioning and/or the coarse positioning in the hybrid positioning method is performed by means of the

zweiten Wegmessvorrichtung (131, 132) gesteuert wird. second distance measuring device (131, 132) is controlled.

19. Das Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 18, ferner aufweisend: 19. The method according to any one of claims 13 to 18, further comprising:

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a. Bereitstellen einer konstanten Kraft, insbesondere Anpresskraft; a. Providing a constant force, in particular contact force;

b. Messen eines Parameters, insbesondere eine Spannung b. Measuring a parameter, in particular a voltage

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; and/or a displacement in the second drive unit (142), wherein a parameter, in particular a voltage and/or a displacement, is derived in the first drive unit (141);

C. die erste Antriebseinheit (141) wird mithilfe des abgeleiteten C. the first drive unit (141) is powered by the derived

Parameters in der ersten Antriebseinheit (141) gesteuert. 20. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder des Parameters in the first drive unit (141) are controlled. 20. Use of the device according to one of claims 1 to 12 or of the

Verfahrens nach einem der Ansprüche 13 bis 19 zur Ermittlung eines Method according to one of claims 13 to 19 for determining a

Verformungs- und/oder Fließverhaltens eines Materials. Deformation and/or flow behavior of a material.

Claims

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Patent claims

1. A measuring device (100) for mechanically analyzing a sample

(110), wherein the measuring device (100) comprises:

- a sensing plunger (120) to provide a contact force to the sample (110);

- a first displacement measuring device (130, 133) for detecting a change in length of the sample (110) under the influence of force;

- a hybrid drive (140) for compensating the influence of the length change of the sample (110) on the sensing plunger (120), wherein the hybrid drive (140) comprises:

- a first drive unit (141) which is configured to move the sensing plunger (120) in the direction of the change in length, in particular to set a zero position of the measuring device (100);

- a second drive unit (142) which is configured to move the sensing plunger (120) in the direction of the change in length, particularly during a measuring process,

wherein the second drive unit (142) is configured to move the sensing plunger (120) more precisely than the first drive unit (141);

- a control unit (170) which is configured to control the first (141) and second drive unit (142)

- a suspension device (150) which is equipped with the sensing plunger

(120) is coupled, and is set up to provide a

constant contact force on the sample (110), wherein the sensing plunger (120) is suspended on the sample (110), the force being at least partially due to the self-weight of

at least one part of the measuring device (100) is provided, and wherein the measuring device (100) is suspended on the sample (110).

becomes.

2. The measuring device (100) according to claim 1, comprising at least one of the following features:

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3.

wherein the sensing stamp (120) is bent at one end and is shaped in the form of a hook;

wherein the measuring device (100) exerts the contact force on the sample (110) due to gravity;

wherein the force is not actively applied by a driving force, but only by the measuring device (100) itself;

wherein the contact force applied to the sample (110) includes at least the force required for the measurement.

The measuring device (100) according to claim 1 or 2, comprising:

a connecting body (160), wherein the connecting body (160) is configured to couple the sensing plunger (120) to at least one part of the hybrid drive (140), in particular to the first drive unit (141), wherein the connecting body (160) has at least one of the following: - an elastically deformable element (161) for controlling the force on the specimen (110); - a second displacement measuring device (131, 132), in particular a strain gauge, for measuring a deformation of the connecting body (110); - the second drive unit (142) for compensating a change in length of the specimen (110) as a result of a mechanical or thermal action on the specimen (110).

The measuring device (100) according to claim 3,

wherein the connecting body (160) is designed in the shape of a parallelogram, and/or

wherein the connecting body (160) is arranged between the sensing plunger (120) and at least one part of the hybrid drive (140), in particular the first drive unit (141).

The measuring device (100) according to claim 3, comprising: a linear guide (180) for guiding the measuring device (100) in the direction of the change in length, wherein the connecting body (160)

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10.

11.

12.

is arranged between the linear guide (180) and the sensing stamp (120).

The measuring device (100) according to one of the preceding claims 1 to 5, wherein a drive direction of the second drive unit (142) is aligned in the direction of the change in length of the sample (110).

The measuring device (100) according to one of the preceding claims 1 to 5, wherein a drive direction of the second drive unit (142) is transverse to the

is aligned with the direction of the change in length of the sample (110).

The measuring device (100) according to one of the preceding claims 1 to 7, wherein the second drive unit (142) is separated from the first drive unit

(141) is physically decoupled and/or decoupleable.

The measuring device (100) according to any one of the preceding claims 1 to 8, comprising:

a temperature control device (190) for temperature control of the sample (110).

The measuring device (100) according to any one of the preceding claims 1 to 9, comprising:

a rotation unit (300) which can be coupled to the first drive unit (141) and moved orthogonally to the plane of rotation of the rotation unit (300) using the first drive unit (141).

is.

The measuring device (100) according to claim 10, wherein the second drive unit (142) is movable orthogonally to the plane of rotation of the rotation unit (300).

The measuring device (100) according to any one of the preceding claims 3 to 11, comprising:

a sensor (132) arranged within the connecting body (160) for measuring a displacement in a fluid-filled cavity, wherein the force, in particular the contact force, can be determined.

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13. A method for measuring a sample (110) with a measuring device (100) according to any one of the preceding claims 1 to 12, wherein the measuring in particular comprises a thermomechanical analysis, the method

exhibiting:

a. Providing force, in particular a contact force, to the sample (110);

b. Applying a controlled temperature program to the sample (110);

C. Compensating for the length change of the sample (110) due to the

force and/or temperature during measurement, so that a constant force, in particular a contact force, is provided; and

d. Measuring the change in length of the sample (110).

14. A method for measuring a sample (110) with a measuring device (100) according to any one of claims 1 to 12, wherein the measuring comprises a dynamic-mechanical analysis, the method comprising:

a. Providing a modulated force, in particular a modulated contact force on the specimen (110); and

b. Controlling the first drive unit (141) and/or the second drive unit (142) so that the change in length of the sample (110) as a result of the modulated force, in particular the modulated contact force and/or a temperature effect by a

Movement of the sensory stamp (120) is compensated.

15. The method according to claim 13 or 14, wherein the first drive unit (141) compensates for the influence of the change in length of the sample such that the second drive unit (142) is in a neutral position

The measuring position is brought.

16. The method according to any one of claims 13 to 15, further comprising: performing a hybrid positioning method using the

hybrid drive (140), whereby a rough positioning using the first

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17.

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19.

20.

The drive unit (141) and fine positioning are performed using the second drive unit (142).

The method according to one of claims 13 to 16, wherein the drive units (141, 142) of the hybrid drive (140) are controlled simultaneously

The method according to claim 16, wherein the fine positioning and/or the coarse positioning in the hybrid positioning method is carried out by means of the

second distance measuring device (131, 132) is controlled.

The method according to any one of claims 13 to 18, further comprising:

a. Providing a constant force, in particular contact force; b. Measuring a parameter, in particular a voltage

and/or a displacement in the second drive unit (142), wherein a parameter, in particular a voltage and/or a displacement, is derived in the first drive unit (141);

C. the first drive unit (141) is powered by the derived

Parameters in the first drive unit (141) are controlled.

Use of the device according to one of claims 1 to 12 or of the method according to one of claims 13 to 19 for determining a

Deformation and/or flow behavior of a material.

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