DE10390125B4

DE10390125B4 - Tribometer

Info

Publication number: DE10390125B4
Application number: DE10390125T
Authority: DE
Inventors: Dr. Spaltmann Dirk; Helmut Börner; Falko Frindt; Olaf Mollenhauer
Original assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Current assignee: Bundesanstalt fuer Materialforschung und Pruefung BAM
Priority date: 2002-01-18
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2023-01-21
Also published as: DE10390125D2; WO2003060487A1; DE10203070A1

Abstract

Tribometer zur Bestimmung der Materialeigenschaften mindestens einer von zwei gegeneinander bewegbaren Proben (470), die in einem dicht verschließbaren, bis zu einem Ultrahochvakuum evakuierbaren Gefäß in Halterungen lösbar befestigt sind, und
in dem Gefäß weiterhin ein Manipulator (510) für eine Lösung und Entnahme der Proben (470) aus ihrer jeweiligen Halterung sowie für eine Zuführung der Proben (470) zu ihrer jeweiligen Halterung und eine Befestigung in dieser vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß mit einem dichtenden Flansch (10) abgeschlossen ist, durch den unter dichtendem Abschluss Verbindungselemente (80, 750) zwischen einem externen Antrieb und einem die eine Probe (470) tragenden Tisch (90), ein die andere Probe (480) tragender Lastarm und der Manipulator (510) geführt sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Tribometer nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Vorrichtungen zum Reibungs- und Verschleißtest, so genannte Tribometer, sind in vielfältigen Formen und Größen bekannt. In den meisten Fällen wird dabei ein Stab oder Stift gegen eine rotierende Scheibe gepresst und Größen wie Normalkraft und Reibkraft werden gemessen sowie eine Verschleißgröße registriert. Einige spezielle Tribometer wie das Hochtemperaturtribometer von Woydt und Gienau et al. (Proc. 3^rd European Workshop an Thermal Protection Systems, ESA publications division, WPP-141, Seiten 457–467) können darüber hinaus bis zu Temperaturen von 1600°C geheizt werden. Ferner gibt es Tribometer in Klimakammern, in denen die Luftfeuchtigkeit eingestellt werden kann. In diesen Fällen sind die Tribometer nicht ultrahochvakuumfähig. Ferner sind sie auf einen begrenzten Lastbereich festgelegt.
Im US-Patent 6 094 967 A ist ein Tribometer beschrieben, das über eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Gleitreibung zwischen zwei Proben verfügt und gleich zeitig die Möglichkeit gibt, über ein Lichtmikroskop Untersuchungen während des Reibvorganges durchzuführen. Es ist jedoch nur eine der beiden Proben heizbar ausgelegt. Eine Kühlung ist nicht vorgesehen. Dieses bekannte Tribometer ist ebenfalls nicht für den Einsatz bis in den Ultrahochvakuumbereich vorgesehen.
In Wear, 6 (1963), 353–365 ist ein Tribometer offenbart, das einen Glasrezipienten aufweist und in der Lage ist, ein Ultrahochvakuum (UHV) von 7·10^–11 mbar zu erzeugen. Dieses Tribometer ist fest in den Glasrezipienten eingeschmolzen und nicht auswechselbar. Zusätzliche Untersuchungsmethoden können nicht durchgeführt werden. Zum Wechseln der Proben muss der Rezipient belüftet werden.
Ein weiteres UHV-Tribometer ist in Proceedings Eurotrib '93 abgebildet. Hier sitzt das Tribometer in einer stählernen UHV-Apparatur und die Proben können durch weitere experimentelle Methoden untersucht werden. Es ist jedoch nicht ersichtlich, dass die Proben ohne Öffnung der Apparatur gewechselt werden können. Ferner ist das Tribometer auf verschiedene Flansche aufgeteilt.
Neubauer, G. [u. a.]: Force microscopy with a bidirectional capacitance sensor. In: Rev. Sci. Instrum. 1990, Bd. 61, Nr. 9, S. 2296–2308, beschreiben ein Rasterkraftmikroskop (AFM = atomic force microscope), bei dem in einem UHV-Gefäß die Oberfläche einer Probe mit einem Kapazitätssensor abgetastet wird. Dabei wird eine Spitze einer Sonde, die sich an einem Ende eines Biegebalkens befindet, mit einer sehr geringen Andruckkraft über die Oberfläche geführt. Durch im UHV-Gefäß befindliche Stellschrauben können die Halterungen für die Sonde und die Probe verstellt werden. Zwei Manipulatoren in Form von Wobbelsticks werden durch dichtende Flansche in das UHV-Gefäß geführt.
Die JP 2000-074 817 A zeigt ein Tribometer, bei dem eine Probe in einem UHV-Gefäß mit einem Schmierfilm versehen und dann einer Reibbeanspruchung unterzogen wird. Hierzu wurden eine Dampfabscheidungsvorrichtung und ein mit einer Last beaufschlagter, hin- und herbewegbarer Hebel jeweils dichtend von außen in das UHV-Gefäß geführt.
In Rev. Sci. Instrum. 58(4), April 1987, 593–597 ist ein Tribometer beschrieben, für das ein Vakuum von weniger als 1,5 × 10^–8 Torr hergestellt werden kann. Ein Montageflansch schließt ein das Tribometer aufnehmendes Gefäß luftdicht ab. Eine stift- sowie eine scheibenförmige Probe befinden sich innerhalb des Gefäßes und sind beweglich gelagert. Eine außerhalb des Gefäßes angeordnete Antriebsvorrichtung und ein durch den Flansch hindurchgeführtes Verbindungselement bewirken eine gegenseitige Verschiebung von Stift und Scheibe in drei zueinander senkrechten Richtungen.
Ausgehend von diesem bekannten Tribometer ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Tribometer zur Bestimmung der Materialeigenschaften mindestens einer von zwei gegeneinander bewegbaren Proben, die in einem dicht verschließbaren, bis zu einem Ultrahochvakuum evakuierbaren Gefäß einerseits auf einem Tisch und andererseits an einem Lastarm in Halterungen lösbar befestigt sind, zu schaffen, das einen Probenaustausch ohne Aufhebung eines im Gefäß hergestellten Vakuums ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Tribometer mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Tribometers ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Bestimmung des Reibungs- und Verschleißverhaltens sollen Proben in Form von Kugeln und Ebenen gegeneinander gerieben werden können. Diese Probenkonfiguration hat aufgrund der anfänglich gut definierten Kontaktbedingungen einige Vorteile. Die Proben sind jedoch nicht notwendigerweise an diese Form gebunden. Die Reibung der Proben gegeneinander soll im Rahmen einer reversierenden Gleitbewegung mit einer Frequenz von etwa einem Hertz erfolgen. Die Amplitude dieser Gleitbewegung sollte bis zu 5 mm betragen. Es soll auch möglich sein, unterschiedliche Geschwindigkeitsprofile (z. B. konstante Geschwindigkeit, sinusförmige Geschwindigkeitsprofile, Sägezahnprofile usw.) vorzusehen. Es sollen mehrere Reibspuren in einem Abstand von etwa 0,2 mm gesetzt werden können, damit sich eine durch Reibung beanspruchte Fläche von ca. 5 mm × 5 mm ergibt. Die so erzeugte Fläche lässt sich dann out mittels Oberflächenuntersuchungsmsthoden wie z. B. der Augerelektronenspektroskopie (AES) auf z. B. chemische Veränderungen untersuchen. Die Proben sollen ferner getrennt beheizt und gekühlt werden können, um den Einfluss der Temperatur allein oder in Kombination mit anderen Umwelteinflüssen studieren zu können.
Es soll weiterhin möglich sein, Reibversuche im Ultrahochvakuum durchzuführen. Dies soll den Einfluss von Oxid- und Wasserschichten ausschließen und Untersuchungen an reinen Materialien ermöglichen. Durch definiertes Einlassen von z. B. Sauerstoff lässt sich dann der Einfluss auf das Reibverhalten der entsprechenden Werkstoffe untersuchen.
Zur Erzeugung eines Ultrahochvakuums mit Drücken kleiner als 10^–9 mbar, vorzugsweise kleiner als 2·10^–10 mbar ist ein Ausheizen der gesamten Anlage bei Temperaturen um 200°C notwendig. Damit das Tribometer je nach Erfordernissen der jeweils durchzuführenden Experimente an verschiedenen UHV-Gefäßen angebracht werden kann, ist es vorteilhafterweise an einem Flansch zu befestigen, einschließlich Probentransfermechanismus, Signalleitungen, Zuführungen für Heizung und Kühlung sowie der entsprechenden Reibbewegung samt den zugehörigen Durchführungen in das DHV.
Die Kraftmesseinrichtungen für die Normal- und die Reibkraft sind so zu gestalten, dass der Kraftmessbereich eingestellt werden kann. Die Messung der Kräfte soll durch direkte Umwandlung z. B. über Piezo-Elemente erfolgen oder, wie in der nachfolgend beschriebenen Ausführung, über die Auslenkungen von Verformungskörpern. Durch Auswechseln dieser Verformungskörper soll der Kraftmessbereich an die jeweiligen Erfordernisse des Experiments und/oder der Proben angepasst werden können. Vorzugsweise soll der Wechsel der Verformungskörper im UHV durchgeführt werden können.
Ebenfalls durch Auswechseln des Verformungskörpers und/oder durch die Verwendung geeigneter Probenträger sollen Adhäsionsmessungen mit dem Tribometer durchgeführt werden können.
Für die Ausführung des UHV-Tribometers sind nur Edelstähle oder vergleichbare Materialien zugelassen, die ein Ausheizen bei ca. 200°C ermöglichen. Eingeschlossene Volumen sind durch entsprechende Maßnahmen (z. B. Lüftungsbohrungen) zu vermeiden.
Das UHV-Tribometer besteht aus vier Hauptkomponenten. Die erste ist der Flansch (so genannter Basisflansch), auf dem das gesamte Tribometer aufgebaut ist. Die zweite Hauptkomponente ist der Antriebsmechanismus für die reversierende Bewegung, und die dritte Komponente besteht aus den Probenhaltern. Der Sensor- oder Lastarm bildet die letzte Hauptkomponente. Er übrträgt die in Form eines statischen Gewichts oder mittels einer elektromagnetischen Vorrichtung aufgebrachte Last auf die Probe. Gleichzeitig führt er die Signale für Normal- und Reibkraft auf optischem Wege zurück.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein UHV-Tribometer in perspektivischer Anlicht ohne Probenaufbau, Lastarm und Manipulator nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
2 eine Antriebsvorrichtung für den Tisch bei dem Tribometer nach 1,
3 die Vorrichtung zur Lagerung des Lastarms bei dem Tribometer nach 1,
4 eine perspektivische Ansicht sowie eine Schnittansicht des Lastarms bei dem Tribometer nach 1,
5a die Probenträger auf dem Tisch und am Ende des Lastarms bei dem Tribometer nach 1,
5b den Probenträger am Ende des Lastarms bei dem Tribometer nach 1,
6 das UHV-Tribometer nach 1 mit Probenaufbau, Lastarm und Manipulator aus zwei entgegengesetzten Richtungen betrachtet,
7 eine andere Ausführungsform des Endes des Lastarms und des zugehörigen Probenträgers,
8 noch, eine andere Ausführungsform des Endes des Lastarms und der beiden Probenträger,
9 eine weitere Ausführungsform des Lastarm-Endes und der Probenträger, die für eine Adhäsionsmessung ausgebildet ist,
10 und 11 jeweils noch eine weitere Ausführungsform eines Probenträgers für die Adhäsionsmessung in perspektivischer Ansicht und in einer Seitenansicht, und
12 ein UHV-Tribometer in perspektivischer Ansicht nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In 1 ist das UHV-Tribometer aus Gründen der Übersichtlichkeit ohne Probenaufbau, Lastarm und Manipulator dargestellt. Es ist auf einem modifizierten NW150CF-Basisflansch 10 aufgebaut. Der Flansch 10 schließt luftdicht eine Öffnung in einem nicht dargestellten Gefäß ab, das einen Probentisch 90 umschließt. Der Flansch 10 verfügt über einen direkt aufgebrachten CF38-Durchführungsflansch 20 für den Manipulator für den Probenwechsel. Mindestens ein weiterer, in der Ausführung nach 1 zwei weitere an Rohren angebrachten CF-38-Durchführungsflansche 30 und 40 sind mit Durchführungen für z. B. Signalleitungen, Heizleitungen und Thermoelementleitungen oder mit Sichtfenster versehen. Zur Kühlung der Proben verfügt das UHV-Tribometer über ein nicht dargestelltes Reservoir für flüssigen Stickstoff innerhalb des Gefäßes. Es wird an den Zufluss und/oder den Abfluss mittels geeigneter Verbindungselemente lösbar aufgehangen. Diese Zuleitungen sitzen auf zwei CF19-Durchführungsflanschen 50 und 60. Anstelle von flüssigem Stickstoff kann auch flüssiges Helium für die Kühlung vorgesehen sein. Die Verbindung zwischen den Proben und dem Reservoir kann über eine Kupferlitze erfolgen, die mittels des Manipulators mit den Proben in Kontakt gebracht werden kann.
In der Ausführung nach 1 sind drei weitere CF19-Durchführungsflansche 70 direkt auf dem Flansch 10 aufgebracht. Der oberste dieser Durchführungsflansche 70 dient zur Durchführung des Lastarms, der in 1 nicht dargestellt ist. Die beiden unteren Durchführungsflansche 70 sind durch den Durchführungsflansch 30 sowie weitere Aufbauten des Tribometers abgedeckt. Diese Flansche dienen zur Durchführung jeweils eines Tischarms 80 zum Probentisch 90.
Eine in der Ebene des Flansches 10 liegende Platte 110 ist direkt mit diesem verschweißt. Sie dient zur Befestigung einer Grundplatte 120 sowie von Führungswellen 180 eines Antriebsmechanismus. Dieser Antriebsmechanismus hat zwei Funktionen. Er sorgt zunächst für eine Relativbewegung einer auf dem Probentisch 90 gelagerten Probe gegenüber einer auf dem Lastarm gelagerten Probe. Diese Bewegung erfolgt in Längsrichtung des Lastarms und kann reversierend sein oder durch ein Computerprogramm gesteuert jede beliebige Form annehmen. Die zweite Funktion des Antriebsmechanismus ist die Höhenverstellung der bewegten Probe. Hierzu ist der Probentisch 90 über die Tischarme 80 mit einer Tischführungseinrichtung verbunden. Diese besteht aus einer Schwalbenschwanzführung 130 und einem Montagereiter 140. Die Schwalbenschwanzführung 130 erlaubt die Höhenverstellung des Probentisches 90 und verfügt über Justiermöglichkeiten zur Minimierung des Spiels. Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, weitere Schwalbenschwanzführungen senkrecht zur Höhenverstellung vorzusehen. Auf den Tischarmen 80 angeschweißte Flansche 150 sorgen mittels zweier Membranbälge 160 für einen UHV-dichten Abschluss gegenüber dem Flansch 10. Die Membranbälge 160 sind so dimensioniert, dass sie eine Höhenverstellung von ±3 mm bei gleichzeitiger linearer Verschiebung um ±30 mm zulassen. Der Montagereiter 140 mit angeschraubter Schwalbenschwanzführung 130 sitzt auf zwei Führungsrohren 170. In diesen Führungsrohren 170 befinden sich jeweils zwei Führungsbuchsen hintereinander. Diese Anordnung wurde gewählt, um das durch den Probentisch 90 über die Tischarme 80 auf die Kugelführungen ausgeübte Moment abzufangen. Insgesamt vier Kugelkäfige laufen auf den Führungswellen 180. Die Abmessungen der Kugelkäfige sind so gewählt, dass alle Kugeln ständig im Eingriff bleiben. Weiterhin läuft jede Kugel des Kugelkäfigs auf einer eigenen Spur. Diese Maßnahmen sorgen für einen ruhigen und ruckfreien Lauf. Die Führungswellen 180 sind einerseits in der Platte 110 und andererseits in einem auf die Grundplatte 120 aufgeschraubten Führungswellenblock 190 fixiert. Der Montagereiter 140 ist damit einschließlich der an ihm befestigten Teile entlang der Führungswellen 180 frei beweglich.
Die Antriebseinheit für den Montagereiter 140 ist auf 2 ersichtlich. Kernstück dieser Antriebseinheit ist ein Gleichstrom-Getriebemotor 200 mit Inkrementalpositionsgeber. Der Getriebemotor 200 ist getriebeseitig mit einem Motorschild 210 verbunden, das zur Geräuschreduzierung aus Gleitlager-Polymerwerkstoffen wie z. B. PTFE hergestellt sein kann. Der Motor 200 und das Motorschild 210 sind an einem Motorschlitten 220 angebracht, der eine Justierung des Startpunktes der Bewegung in Richtung der Führungswellen 180 ermöglicht. Auf der Welle des Getriebemotors 200 sitzt ein Excenter 230, der mittels eines Gleitsteins 240 und eines Antriebswellenblocks 250 mit dem Montagereiter 140 verbunden ist. Die Drehung der Motorwelle wird so in eine reversierende lineare Bewegung des Montagreiters 140 und damit des Probentisches 90 umgewandelt. Je nach Exzentrizität lässt sich die Länge der linearen Verschiebung einstellen. Die Spannungsversorgung des Getriebemotors 200 kann über eine Elektronik durch einen Computer so programmiert werden, beliebige Bewegungsabläufe (z. B. konstante Geschwindigkeit, gleichförmig beschleunigte Geschwindigkeit usw.) des Probentisches 90 ermöglicht werden.
In 3 sind der Flansch 10 und die Komponenten für die Lagerung des Lastarms sowie die Aufbringung der Last (Reibkraft) dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die die Linearbewegung erzeugenden Komponenten weggelassen. Auf den NW19CF-Durchführungsflansch 70 ist ein Membranbalg montiert. Durch diesen ist der Lastarm hindurchgeführt und schließt den Membranbalg mit seinem angeschweißten NW19CF-Flansch UHV-dicht ab. Sowohl der Membranbalg als auch der NW19CF-Flansch des Lastarms befinden sich innerhalb der zylindrischen Aufnahme des Lastarmlagers 260 und sind mit diesem fest verschraubt. An die zylindrische Aufnahme des Lastarmlagers 260 sind zwei Wellen angeschweißt, die in Kugellagern 270 und 280 gelagert sind. Das untere Kugellager 270 befindet sich in der Grundplatte 120 und das obere Kugellager 280 ist in einem Achsenhalter 290 untergebracht. Eine Stützgabel 300 sorgt für einen definierten Abstand der beiden Kugellager. Diese können durch einen geeigneten Mechanismus gegeneinander verspannt werden, um ein etwaiges Spiel aus dem Aufbau herauszunehmen. Der Außenring des unteren Kugellagers 270 ist gemäß 1 mittels eines Rings 310 mit Außengewinde in der Grundplatte 120 festgelegt. Durch Drehen eines Spannstücks 320 mit Gewinde lässt sich das Lastarmlager 260 gegenüber dem oberen, mit einem Sicherungsring 330 für Wellen gesicherten Kugellager 280 spannen.
Diese Art der Lagerung des Lastarms ermöglicht es, diesen um eine senkrechte Querachse in der durch den Pfeil in 3 angegebenen Weise um etwa 10° zu drehen. In der ausgelenkten Position kann ein Probenwechsel vorgenommen werden. Die Lagerung des Lastarms ist so dimensioniert, dass sich bei nicht ausgelenktem Lastarm die vom Probentisch 90 getragene Probe und die vom Lastarm getragene Probe gerade berühren. In dieser Position wird über einen Belastungshebel 340 sowie eine Umlenkrolle 350 die Last in Form eines statischen Gewichtes 360 aufgebracht. Anstelle eines statischen Gewichtes kann auch eine elektromagnetische Vorrichtung zur Erzeugung der Last verwendet werden.
Der Lastarm ist in 4 dargestellt. Er besteht im Wesentlichen aus einem Stützrohr 370, einem NW19CF-Abschlussflansch 380 und einem Verformungskörper, an dem eine Probenhalterung befestigt ist. Durch das Stützrohr 370 ist zentrisch ein Glasfaserstab 390 geführt. Bei diesem Glasfaserstab 390 kann es sich um eine einzelne Faser, ein Bündel von Fasern oder um eine Vielzahl von Faserbündeln handeln. Der Glasfaserstab 390 schließt an beiden Enden plan mit dem umhüllenden Stützrohr 370 ab. Die Stirnflächen des Glasfaserstabes 390 sind poliert. An seinen Enden ist der Glasfaserstab 390 UHV-tauglich über eine Vergussmasse 400 mit dem Stützrohr 370 verbunden. Dabei ist es zweckmäßig, dass der gesamte Zwischenraum 410 zwischen dem Glasfaserstab 390 und dem Stützrohr 370 mit Vergussmasse ausgefüllt ist. An der einen Seite des Stützrohres 370 ist der Abschlussflansch 360 UHV-dicht angeschweißt. Dieser Teil des Lastarms wird durch den auf dem Durchführungsflansch 70 befindlichen Membrenbalg geführt und schließt diesen UHV-dicht ab. Dieser Teil des Lastarms befindet sich innerhalb des Lastarmlagers 260.
Am DHV-seitigen Ende des Stützrohres 370 wird der Verformungskörper befestigt, der im Wesentlichen aus Blattfedern 420, einem Klemmkörper 130 und einem Federhalter 440 besteht. Der Federhalter 440 ist über zwei parallel angeordnete Blattfedern 420 mit dem Klemmkörper 430 verbunden. Der Klemmkörper 430 enthält eine zylindrische Bohrung, so dass er über das Ende des Stützrohres 370 geschoben werden kann. Zwei Klemmschrauben 450 drücken das Stützrohr 370 gegen die gegenüberliegende Seite des Klemmkörpers 430, in die zwei in Längsrichtung verlaufende Kanten 460 gefräst sind. Das Stützrohr 370 liegt somit auf den beiden Kanten 460 auf und wird durch die gegenüberliegenden Klemmschrauben 450 gehalten. Damit ergibt sich eine praktisch starre, aber lösbare Dreipunktlagerung. Diese Anordnung erlaubt zudem eine Ausrichtung der Probe 470 in axialer Richtung (z-Richtung) sowie um den Drehwinkel ϕ.
Die beiden parallelen Blattfedern 420 ermöglichen eine Verschiebung des Federhalters 440 gegenüber dem Klemmkörper 430 in y-Richtung. Damit lässt sich die Normalkraft (F_N), mit der die Probe 470 gegen die andere Probe gepresst wird, bestimmen. Dazu muss bei bekannter Federkonstante der Plattfedern 420 die Auslenkung gemessen werden. Dies kann in bekannter Weise auf optischem Wege erfolgen. Hierzu wird das Licht einer nicht gezeigten Licht emittierenden Diode mittels des Glasfaserstabes 390 auf einen Normalkraftreflektor 480 geleitet. Je nach Auslenkung der Blattfedern 420 wird der Normalkraftreflektor 480 gegenüber dem Lichtfleck der LED am Ende des Glasstabes 390 mehr oder weniger verschoben und damit wird entsprechend mehr oder weniger Licht zu einem Lichtdetektor zurückgeleitet. Mittels einer geeigneten Kalibrierung ist die Intensität des detektierten Lichts ein direktes und empfindliches Maß für die Verbiegung der Blattfedern 420 und bei bekannter Federkonstante für die Normalkraft (F_N).
Am vorderen und am hinteren Ende des Federhalters 400 befindet sich jeweils eine Spiralblattfeder 490. Diese sind über eine Stabilisierungshülse 500 miteinander verbunden. Diese Anordnung lässt somit nur eine Verschiebung in Längsrichtung (z-Richtung) zu. An der Stabilisierungshülse 500 ist in geeigneter Weise die gesamte Probenhalterung befestigt. Wird die auf dem Probentisch 90 gelagerte Probe (in 4 nicht gezeigt) bei Druckkontakt mit der am Lastarm befestigten Probe 470 gegenüber dieser verschoben, so führt dies zu einer Auslenkung der Spiralblattfedern 490. Bei bekannter Federkonstante kann damit die Reibkraft F_R gemessen werden. Die Auslenkung der Spiralblattfedern 490 wird analog zu der der Blattfedern 420 auf optische Weise gemessen. Dazu wird das Licht einer weiteren LED durch den Glasfaserstab 390 auf einen Reibkraftreflektor 520 gelenkt. Dieser ist an der Stabilisierungshülse 500 befestigt. Je weiter die Spiralblattfedern 490 ausgelenkt werden, desto weiter ist der Reibkraftreflektor 520 vom Ende des Glasfaserstabes 390 mit dem divergierend austretenden Licht der zweiten LED entfernt und desto weniger Licht wird reflektiert. Bei geeigneter Kalibrierung ist die Intensität des reflektierten Lichtes der zweiten LED somit ein direktes und empfindliches Maß für die Reibkraft. Außerhalb des Ultrahochvakuums kann diese Kalibrierung z. B. durch das Auflegen von Gewichten erfolgen. Die Messbereiche der Normal- und der Reibkraft hängen von den Federkonstanten der Blattfedern 420 sowie der Spiralblattfedern 400 ab. Für eine Veränderung der Kraftmessbereiche müssen daher die entsprechenden Federn ausgewechselt werden. Dieser Wechsel kann mit Hilfe des Manipulators auch im Ultrahochvakuum vorgenommen werden. Anstelle einer optischen Kraftmessung können die Kräfte auch am Ort der Probe über druckempfindliche Schichten gemessen werden. Derartige Schichten ändern ihre physikalischen Eigenschaften (z. B. ihren elektrischen Widerstand) unter dem Einfluss einer äußeren Kraft.
Die zu untersuchenden Reibproben werden mit Hilfe des Manipulators in Form eines so genannten Wobblesticks 510 aus ihren Bereithaltepositionen geholt und in ihre Reibpositionen gesetzt. Die Aufnahmen für die Proben müssen über ein genügend großes Spiel verfügen, da nach dem Ausheizen im Ultrahochvakuum sonst ein Verkanten der Proben in ihren Aufnahmen leicht zu einem Verklemmen führen kann. Dieses kann in den meisten Fällen nur durch ein Öffnen des Gefäßes behoben werden. Aus tribologischer Sicht ist jedoch ein minimales oder möglichst gar kein Spiel der Proben in ihren Halterungen wünschenswert. Unter tribologischer Beanspruchung sollen sich die Proben gegeneinander und nicht ihrem Halterungen verschieben. Um sowohl der vakuumtechnischen Anforderung nach einem Spiel als auch der tribologischen Anforderung nach Spielfreiheit zu entsprechen, wird die in 5a und 5b dargestellte Anordnung verwendet. Die in 5a vordere Probe ist starr mit dem Probentisch 90 verbunden. Sie wird durch die in 2 dargestellte Antriebseinheit in reversierende Linearbewegung versetzt. An dem Lastarm ist die gleiche Probenhalterung befestigt. Beide Halterungen sind so ausgeführt, dass sie mit je einer Heizung und einem Temperatursensor ausgerüstet sind sowie mit einem Kältereservoir verbunden werden können. Je nach Ausführung des Tribometers sowie Art und Form der Probe sind Widerstandsheizungen, Direktheizungen oder Elektronenstoßheizungen in Betracht zu ziehen.
5b zeigt einen Probenträger 530 in eingespanntem Zustand. Wenigstens ein Hebel 540 der Einspannvorrichtung ist an der einen Seite des Probenträgers 530 V-förmig ausgeführt. Zwischen den Schenkeln der V-förmigen Anordnung befinden sich ein Rahmen 550 und der Probenträger 530. Durch die Schrägstellung der Schenkel des Hebels 540 werden der Probenträger 530 und der Rahmen 550 zusammengepresst, die hierfür erforderliche Kraft wird durch eine geeignete Feder 560 aufgebracht. Wenigstens einer der beiden Hebel 540 ist mit einer Verlängerung 570 versehen, der durch den Manipulator betätigbar ist, so dass die zugehörige Feder 560 entspannt und der Probenträger 530 freigegeben werden. Dieser kann dann durch den Manipulator aus seiner Halterung herausgenommen werden.
6 zeigt das Tribometer mit dem mit Proben bestückten Probentisch 90, dem mit einer Probe bestückten Lastarm und mit dem Manipulator in Form eines Wobblesticks 510 aus zwei entgegengesetzten Richtungen betrachtet. Der Probentisch 90 trägt eine Probenanordnung in der Reibposition und mehrere Probenanordnungen in der Bereithalteposition. Die in der Reibposition befindlichen Probenanordnungen am Lastarm und auf dem Probentisch können gegen die in der Bereithalteposition angeordneten Probenanordnungen 100 mit Hilfe des Wobblesticks 510 ausgetauscht werden.
Weiterhirn zeigt 6 einen Wegsensor 580 für die Bestimmung des Verfahrweges zwischen den beiden in der Reibposition befindlichen Proben 470. Damit können die Reibkraft sowie die Normalkraft (und damit der Reibkoeffizient) als Funktion des Probenortes angegeben werden. Der Wegsensor 580 arbeitet hierbei nach dem gleichen Prinzip der optischen Entfernungsmessung, wie es im Zusammenhang mit den Kraftsensoren beschrieben wurde. Sämtliche Wegmessungen können aber auch kapazitiv und/oder induktiv gemessen werden. Bei kleinsten Wegänderungen kann deren Messung auch mit Hilfe des piezoelektrischen Effekts erfolgen. Bei der Ausführungsform nach 6 befindet sich der Wegsensor außerhalb des Gefäßes auf der Atmosphärenseite. Es ist jedoch auch möglich, den Wegsensor im UHV direkt am Ort der Proben anzubringen.
Wenigstens ein weiterer Wegsensor 770 registriert eine Verschleißgröße. Tritt ein Verschleiß zwischen der Probe auf dem Lastarm und der Probe auf dem Prebentisch 90 auf, so ändert sich der Abstand zwischen diesen Proben. Diese Abstandsänderung überträgt sich auf den Lastarm und damit über das Lastarmlager 260 auf den Belastungshebel 340. Der dort angebrachte Wegsensor 770 registriert die Bewegung des Lastarmhebels und damit die Verschleißgrüße. Auch dieser Wegsensor kann direkt am Ort der Proben vorgesehen sein. Über eine entsprechende Elelektronik werden die Signale sowohl der Kraftsensoren als auch der Wegsensoren für eine digitale Weiterverarbeitung durch einen Computer aufbereitet.
7 zeigt eine andere Ausführungsform des Lastarmendes. Auch hier ist der Klemmkörper 430 mit Hilfe der Klemmschrauben 450 an dem Stützrohr 370 befestigt. Ein Paar von parallelen Blattfedern 420 wird unter Einfluss der in y-Richtung wirkenden Normalkraft verformt. Diese Verformung wird optisch gemessen. Der Federhalter 440 ist hier jedoch so ausgebildet, dass das zweite Paar Blattfedern 490 nicht als Spiralfedern ausgeführt ist, sondern ebenfalls Blattfedern sind. Dieses Paar von Blattfedern 490 wird durch die Einwirkung der Reibkraft in z-Richtung verformt. Diese Verformung wird hier ebenfalls nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren optisch gemessen. Die Aufnahme für die Probenträger 530 mit den auf diesen befestigten Proben 470 ist hier zwischen die Blattfedern 490 gelegt. Die Probenträger 530 werden durch Hebel 540 und Federn 560 arretiert. Es können mehrere dieser Hebel 540 hintereinander angeordnet sein. Ein in der Form eines Probenträgers ausgebildetes Heizelement kann dann direkt hinter die zu heizende Probe 470 gebracht werden. Die Auswechslung von Heizelementen erfolgt in derselben Weise wie die der Probenträger. Weiterhin kann auch ein in der Form eines Probenträgers ausgeführtes Kühlelement, das z. B. über eine Kupferlitze mit einem ein Kältemittel enthaltenden Reservoir verbunden ist, hinter einer zu kühlenden Probe 470 angeordnet werden. Bei gleichzeitiger Verwendung eines Heiz- und eines Kühlelementes kann mittels einer geeigneten Regeleinheit eine stufenlose Einstellung der Probentemperatur zwischen der Temperatur des Kühlreservoirs und der maximalen Temperatur des Heizelements erfolgen.
8 zeigt eine weitere Ausführungsform des Lastarmendes sowie des Probenaufbaus auf dem Probentisch 90. Der Lastarm verfügt über einen ähnlichen Klemmkörper 430 wie der in 4 gezeigte. Der Verformungskörper besteht hier jedoch aus einem massiven Block 780, der eine H-förmige Ausfräsung 790 enthält.
Diese bewirkt in den Endbereichen ihrer beiden parallelen Nuten eine starke Verringerung der Wandstärke. Bei Ausübung einer Normalkraft (F_N) führt dies an diesen Stellen zu einer Verformung, die über dort angebrachte Dehnmessstreifen (DMS) 590 registriert werden kann. Ein weiterer Verformungskörper in Form eines Blockes 800 ist direkt mit dem Probentisch 90 verbunden. An diesem Block ist über eine entsprechende Halterung die Gegenprobe befestigt. Der Block 800 ist so ausgerichtet, dass mit Hilfe von an diesem angebrachten Dehnmessstreifen die Reibkraft (F_R) gemessen werden kann. Jedoch könnte dieser Verformungskörper anstatt auf dem Probentisch 90 auch in dem Lastarm angeordnet sein.
Der Glasfaserstab kann zur Übertragung des Bildes der Reibstelle bis hin zur Probe verlängert werden. Dazu ist über ein Klemmstück 600 ein gebogener Glasfaserstab oder Lichtleiter 610 vorgesehen, der das Licht direkt bis zur Rückseite einer durchsichtigen Halbkugelprobe 620 führt. Damit lässt sich eine Vielzahl von Informationen direkt aus dem Reibkontakt gewinnen, bei gleichzeitiger Erfassung des Ortes sowie der Reib- und der Normalkraft. Wird z. B. eine CCD-Kamera direkt an das außerhalb des UHV-Gefäßes liegende Ende des Glasfaserstabes gehalten, dann können Informationen über die Veränderung der Probenoberfläche während des Reibvorganges erhalten werden. Ersetzt man die CCD-Kamera z. B. durch ein Spektrometer mit einem Vielkanalanalysator, dann lässt sich die tribologisch induzierte Wärmestrahlung und damit die Temperatur oder auch die Photolumineszenz/Tribolumineszenz direkt an der Reibstelle untersuchen. Bei Einkopplung von Laserlicht in den Glasfaserstab über einen Strahlenteiler lassen sich prinzipiell Gitterschwingungen anregen (Raman-Streuung), die Aufschluss über tribelogisch induzierte chemische Reaktionen an der Oberfläche der Reibproben geben. Dazu muss das Signal über den Strahlenteiler in ein entsprechendes Spektrometer mit einem geeigneten Analysator geleitet werden. Sämtliche dieser Untersuchungsmethoden können vor dem, nach dem und sogar während des Reibprozesses durchgeführt werden.
Die in 9 dargestellte Anordnung aus Lastarmende und Probentisch 90 ermöglicht die Messung der Adhäsion. Hierzu wird der Lastarm mit einem Anschlag 630 gegen einen Feststeller 640 gedreht und in dieser festgeklemmt. Die Klemmung erfolgt analog zur Klemmung der Probenträger 530 gemäß 5. Durch Umlegen der Verlängerung 570 des Hebels mittels des Wobblesticks 510 kann das Lastarmende festgelegt werden. Die auf dem Probentisch 90 angeordnete Probe ist auf einem Verstellmechanismus angebracht, der aus einer Grobpositionierung 650 und einer Feinpositionierung 660 besteht. Mit diesen kann die Probe in Richtung zu der an dem Lastarmende angebrachten Probe hin verfahren werden. Nicht dargestellt ist die Möglichkeit, Verstellmechanismen in allen drei Raumrichtungen vorzusehen.
Zur Adhäsionsmessung ist eine der Proben auf einem modifizierten Probenträger 530 gemäß 10 oder 11 angebracht. An diesem modifizierten Probenträger 530 ist über Abstandshalter 670, die je nach Verwendungszweck aus isolierendem oder nicht isolierendem Material bestehen können, ein Federelement 680 auswechselbar angebracht. Die Probe 470 ist in der Mitte des Federelements 680 befestigt. Wird diese Probe 470 über den Probenhalter 530 mittels der Grob- und Feinpositionierung 650, 660 an die gegenüberliegende Probe auf dem arretierten Lastarm angenähert, so kann je nach Abstand der Proben voneinander eine attraktive Wechselwirkung zu einer Auslenkung des Federelements 680 führen. Bei einer Verringerung des Abstands zwischen den beiden Proben kann die attraktive Wechselwirkung einen gegenseitigen Kontakt der Proben bewirken. Werden die Proben dann wieder auseinander gebracht, so sorgt die Adhäsionskraft zunächst dafür, dass die Proben aneinander haften bleiben und sich des Federelement 680 verbiegt. Die Messung der attraktiven Wechselwirkung und der Adhäsionskraft erfolgt gemäß 10 dadurch, dass der Abstand zwischen der mit einem magnetischen Medium 690 versehenen Rückseite des Federelements 680 und einem Dauermagneten 700 auf optischem Wege (analog zur Normal-/Reibkraftmessung) ermittelt wird. Ist die Federkonstante des Federelements 670 bekannt, dann lässt sich hieraus die Adhäsionskraft ermitteln. Um das Attraktionspotential feststellen zu können, sollte die Federkonstante bei grober Entfernung zur Probe klein und bei kleiner Entfernung groß sein. Damit die Federkonstante beeinflusst werden kann, ist der Dauermagnet 700 auf einem piezoelektrischen Aktuator 710 angeordnet. Um die Federkonstante des Federelements 680 zu erhöhen, wird der Abstand zwischen dem magnetischen Medium 690 und dem Dauermagneten 700 verkleinert. Dies erfolgt durch eine Regelelektronik, die die entsprechende Spannung an den piezoelektrischen Aktuator 710 anlegt und konstant hält.
Bei der Anordnung nach 11 kann die Auslenkung des Federelements 690 ebenfalls optisch gemessen werden. Bei einer Weiterbildung besteht die Möglichkeit, dass die Abstandsmessung und die Regelung der Federkonstanten des Federelements 680 zusammengefasst werden. Als weitere Möglichkeit der Bestimmung der Auslenkung des Federelements 680 ist die Messung der Kapazität eines Plattenkondensators anzusehen, der aus dem Federelement 680 selbst und einem hinter diesem auf Isolatoren 720 gelagerten Kondensatorplättchen 730 gebildet ist. Wird des Federelement 680 ausgelenkt, ändert sich die Kapazität des Kondensators, die ein Maß für die Auslenkung und bei bekannter Federkonstante des Federelements für die Adhäsionskraft ist. Wird die Auslenkung des Federelements 680 auf optischem Wege gemessen, so kann dessen Federkonstante durch Anlegen einer Spannung an den aus dem Federelement 680 und dem Kondensatorplättchen 730 gebildeten Kondensator über eine Regelelektronik gezielt beeinflusst werden.
Bei beiden Probenträgern 530 nach 10 und 11 erfolgt die elektrische Kontaktierung automatisch bei deren Einsetzen in die entsprechenden Halterungen am Lastarmende und auf den Probentisch 90 durch geeignete Kontaktfedern oder Schleifkontakte.
12 zeigt eine zweite Ausführungsform des UHV-Tribometers, das vertikal in das UHV-Gefäß eingesetzt ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die NW19CF-Durchführungsflansche 50 und 60 für die Kühlung mit flüssigem oder gasförmigem Stickstoff oder Helium weggelassen. Der Probentisch 90 ist über vier biegsame Tischarme 80 mit dem Flansch 10 verbunden. Die biegsamen Tischarme 80 ermöglichen eine reversierende Bewegung des Probentisches 90 in der X-Richtung. Erzeugt wird diese Bewegung durch einen Gleichstrom-Getriebemotor 200 mit Inkrementalgeber, der in geeigneter Weise mit einer Drehdurchführung 740 verbunden ist. Eine in das UHV-Gefäß hineinragende Welle 750 der Drehdurchführung 740 wird durch den Getriebemotor 200 in Drehung versetzt. Am Ende der Welle 750 befindet sich ein Excenter 230. Über einen Gleitstein 240 und einen mit dem Probentisch 90 verbundenen Antriebswellenblock 250 wird die Drehung des Excenters 230 in eine lineare Bewegung des Probentisches und damit der auf diesem befestigten Probe 470 in x-Richtung umgesetzt. Die Gegenprobe befindet sich am Ende des Lastarms, der durch das Stützrohr 370 und den Abschlussflansch 380 erkennbar ist, der auf dem Durchführungsflansch 30 aufgesetzt ist. Ein durch den Flansch 10 verdeckter Membranbalg innerhalb des UHV-Bereichs sowie eine Lagerung mittels Festkörpergelenken (unter der Abdeckung 760) ermöglichen eine Bewegung des Lastarms in y-Richtung. Hierdurch kann zum einen die Kraft eines auf den Belastungshebel 340 einwirkenden Gewichts auf die Probe übertragen werden und zum anderen wird hierdurch das Einsetzen und Herausnehmen der Proben in ihre bzw. aus ihren Halterungen ermöglicht. Zur Erzeugung mehrerer Reibspuren übereinander kann wenigstens eine der Proben 470 mittels einer Grob- und Feinpositionierung 650, 660 in z-Richtung verfahren werden. Erforderlichenfalls können auch Grob- und Feinpositionierungen in jede der drei Raumrichtungen vorgesehen werden. Bei diesem handelt es sich vorzugsweise um UHV-taugliche piezoelektrische Antriebe.
Zur Beladung mit den Proben 470 wird der Rahmen 550 durch die Positionierung 650, 660 grob in y-Richtung verfahren. Die Last kann dadurch aufgebracht werden, dass die Proben 470 zunächst durch die Grobpositionierung 650 in gegenseitige Berührung gebracht werden. Die Feinpositionierung 660 führt dann zu einer genauen Einstellung der in y-Richtung wirkenden Normalkraft. Die Messung dieser Normalkraft erfolgt mittels eines geeigneten Schichtsystems, das in die Probenträger 530 integriert ist und dessen elektrischer Widerstand sich proportional zur aufgebrachten Normalkraft ändert. Durch in die Probenträger 530 und in den Rahmen 550 integrierte Kontakte kann das Kraftsignal zur digitalen Weiterverarbeitung abgeführt werden. Eine leitende Verbindung zwischen den Kontakten in den Probenträgern 530 und im Rahmen 550 entsteht direkt bei Einsetzen der Probenträger 530 in die Rahmen 550 und/oder durch Umlegen der Hebel 540. Die Bestimmung der Reibkraft kann durch eine Verformung von Federelementen und Messung dieser Verformung in der bereits beschriebenen Weise erfolgen.

Claims

Tribometer zur Bestimmung der Materialeigenschaften mindestens einer von zwei gegeneinander bewegbaren Proben (470), die in einem dicht verschließbaren, bis zu einem Ultrahochvakuum evakuierbaren Gefäß in Halterungen lösbar befestigt sind, und in dem Gefäß weiterhin ein Manipulator (510) für eine Lösung und Entnahme der Proben (470) aus ihrer jeweiligen Halterung sowie für eine Zuführung der Proben (470) zu ihrer jeweiligen Halterung und eine Befestigung in dieser vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß mit einem dichtenden Flansch (10) abgeschlossen ist, durch den unter dichtendem Abschluss Verbindungselemente (80, 750) zwischen einem externen Antrieb und einem die eine Probe (470) tragenden Tisch (90), ein die andere Probe (480) tragender Lastarm und der Manipulator (510) geführt sind.
Tribometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10) für die Verbindungselemente (80, 750), den Lastarm und den Manipulator (510) jeweils eine eigene Durchführung aufweist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulator (510) zwischen den Halterungen am Tisch (90) und am Lastarm und Halterungen für die Aufnahme auszuwechselnder oder ausgewechselter Proben (160) innerhalb des Gefäßes bewegbar ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Manipulator ein Wobblestick (510) ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Flansch (10) eine abgedichtete Durchführung für Leitungen für fluide Medien und/oder elektrische oder optische Signale aufweist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Durchführung einen eigenen, auf den Flansch (10) aufgesetzten Durchführungsflansch (20–70) aufweist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reservoir zur Aufnahme eines Kältemittels für die Kühlung mindestens einer Probe (470) vorgesehen ist.
Tribometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Tisch (90) befestigte Probe (470) und die am Lastarm befestigte Probe (470) getrennt kühlbar sind.
Tribometer nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kälteverbindung von dem Reservoir zu der jeweiligen Probe (470) durch den Manipulator (510) herstellbar und lösbar ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Heizvorrichtung für mindestens eine Probe (470) vorgesehen ist.
Tribometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung durch den Manipulator (510) bewegbar ist.
Tribometer nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede Probe (470) eine eigene Heizvorrichtung aufweist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Vorrichtung zur Messung der Temperatur einer Probe (470) vorgesehen ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Probe (470) zur Einstellung einer gewünschten Temperatur gleichzeitig heiz- und kühlbar ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass im Gefäß weitere Halterungen für auszuwechselnde oder ausgewechselte optische Linsen und/oder Verformungskörper vorgesehen sind, die sich im Bewegungsbereich des Manipulators (510) befinden.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch (90) mit einem Antrieb (200–250) versehen ist, durch den die von diesem gehaltene Probe (470) in wenigstens einer Raumrichtung definiert verschiebbar ist.
Tribometer nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (200–250) einen elektrischen Getriebemotor (200) mit Inkrementalgeber oder einen Linearmotor aufweist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (80) durch Kugelführungen gelagert sind.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (80) in einer Schwalbenschwanzführung (130) gelagert sind.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass dem Antrieb (200–250) ein Wegprofil einprogrammierbar ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Lastarm um eine Querachse schwenkbar ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (200–250) für die Erzeugung von Reibkräften zwischen den beiden Proben (470) vorgesehen ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mechanismus (340–360) zur Erzeugung von Normalkräften zu den einander berührenden Oberflächen der beiden Proben (470) vorgesehen ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Mechanismus zur Messung von Reib- und/oder Normalkräften vorgesehen ist.
Tribometer nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Kräfte auslenkbare Federelemente (420, 490, 680) in mindestens einer Verbindung zwischen einem Antrieb und einer Probenhalterung vorgesehen sind.
Tribometer nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Auslenkung der Federelemente (420, 490, 680) eine optische Abstandsmessvorrichtung vorgesehen ist.
Tribometer nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstanten der Federelemente (420, 490, 680) definiert veränderbar sind.
Tribometer nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Federkonstanten der Federelemente (680) durch einen verschiebbaren Permanentmagneten (700) oder eine Plattenkondensatoranordnung (730) definiert veränderbar sind.
Tribometer nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (420, 490, 680) durch den Manipulator (510) auswechselbar sind.
Tribometer nach einem der Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Kräfte eine Dehnmessstreifen-Anordnung (590) vorgesehen ist.
Tribometer nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Kräfte eine piezoelektrische Vorrichtung vorgesehen ist.
Tribometer nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Kräfte dünne Schichten (590) mit sich unter mechanischer Belastung verändernden physikalischen Eigenschaften vorgesehen sind.
Tribometer nach einem der Ansprüche 16 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Vorrichtung (580) zur Messung des Verschiebeweges einer Probe (470) vorgesehen ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Vorrichtung zur Messung des Abriebs einer Probe (470) vorgesehen ist.
Tribometer nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung des Abriebs eine optische Vorrichtung zur Messung des Abstands zwischen den Probenhalterungen vorgesehen ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Lichtleiter (390, 610) zur Übertragung der von einer Reibstelle zwischen zwei Proben (470) emittierten elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lichtleiter (390, 610) zur Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung zu der Reibstelle zwischen zwei Proben vorgesehen ist.
Tribometer nach einem der Ansprüche 1 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein durch den Manipulator (510) betätigbarer Klemmmechanismus (540–570) für die Befestigung und Freigabe einer (470) Probe in ihrer Halterung vorgesehen ist.