Beschreibung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Teller-Schleif-ZPoliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite von insbesondere eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem Schleif-ZPolierteller in einer Auffangwanne, insbesondere zur Probenpräparation für die materialographische Analyse.

Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung

Teller-Schleif-ZPoliergeräte besitzen typischerweise zwei Antriebe. Ein Antrieb sitzt unten und treibt den Schleif-ZPolierteller an. Der andere Antrieb sitzt oben im Schleif-ZPolierkopf und treibt den Probenhalter an. Der Schleif-ZPolierteller wird typischerweise mit einer Drehzahl zwischen 50 mim ¹ und 500 mi ¹ angetrieben. Die Leistung liegt bei etwa 0,75 kW bis 1 ,5 kW für 300 mm Schleif-ZPolierteller-Durchmesser bzw. 2,2kW für 350 mm Schleif-ZPolierteller-Durchmesser.

Alles in Allem haben sich die bekannten Teller-Schleif-ZPoliergeräte in der Praxis sehr bewährt, allerdings sehen die Erfinder in Bezug auf die nachfolgend erläuterten Umstände weiteres Verbesserungspotential.

Bei bekannten Teller-Schleif-ZPoliergeräten erfolgt der Antrieb typischerweise über ein- oder dreiphasige Asynchron-Elektromotoren, die z.B. über eine Nenndrehzahl von ca. 1450 mim ¹ bei vierpoliger Ausführung verfügen. Um die benötigten Drehzahlen, speziell auch im unteren Drehzahlbereich, ohne Drehzahlschwankungen stabil bereitzustellen, wird die Drehzahl typischerweise über einen Riementrieb mit relativ großer Untersetzung, z.B. ca. 5:1 , auf den Schleif-ZPolierteller übertragen.

Für den Schleif-ZPolierkopf werden noch geringere Drehzahlen benötigt. Diese liegen typischerweise in etwa bei 20 mim ¹ bis 200 mim ¹ . Auch der Schleif-ZPolierkopf wird typischerweise mit einer Asynchronmaschine angetrieben, ähnlich wie der Schleif-ZPolierteller unten. Daher müssen für den Schleif-ZPolierkopf die Untersetzungsverhältnisse des Riemenantriebs noch extremer gewählt werden, als für den Schleif-ZPolierteller, und liegen für den Schleif-ZPolierkopf typischerweise bei etwa 8:1 bis 10:1. Das führt allerdings in nachteiliger Weise dazu, dass die Antriebsriemenscheibe am Motor sehr klein gewählt werden muss, da der Bauraum begrenzt ist. Außerdem führt dies dazu, dass der Umschlingungswinkel der Riemenscheibe relativ klein ist.

Ein weiterer Nachteil dieser hochdrehenden Asynchronmaschinen besteht darin, dass speziell im unteren Drehzahlbereich einen sehr hoher Magnetisierungsstrom benötigt wird, um ein hohes Drehmoment zu erreichen, was aber ineffizient ist und eine große Wärmeentwicklung bewirkt.

Noch ein Nachteil der verwendeten Riemenantriebe liegt darin begründet, dass die Massenträgheit des Antriebs mit jeder Übersetzung quadratisch zunimmt. Bei einer plötzlichen Blockade des Schleif-ZPoliertellers oder am Schleif-ZPolierkopf kann das ein Durchrutschen des Riementriebs zur Folge haben, was den Verschleiß beschleunigen oder sogar zum Ausfall führen kann.

Ferner muss aufgrund der vorstehend erläuterten ungünstigen Umschlingungswinkel und kleinen Antriebsscheibendurchmesser der Riemen stärker dimensioniert werden, um die benötigten Momente übertragen zu können. Dies wiederum bedingt starke Verformungen und somit Walkarbeit, was wiederum den Verschleiß des Riemens beschleunigen kann.

Außerdem ist die vom Hersteller empfohlene Riemenspannung genau einzuhalten, was z.B. mit einem Frequenzmessgerät sichergestellt werden sollte. Wird der Riemen zu stark gespannt, kann das zu Lagerschäden am Antriebsmotor führen. Wird der Riemen zu wenig gespannt, kann er durchrutschen, was wiederum zu Verschleiß und zum komplettem Ausfall führen kann. Bei Teller- Schleif-ZPoliergeräten sollte der Riemen regelmäßig nachgespannt werden, was typischerweise beim Kunden erfolgen sollte. Beim Kunden steht allerdings zumeist kein Messgerät zur Überprüfung der Riemenspannung zur Verfügung, so dass es in der gelebten Praxis häufig vorkommt, dass der Riemen zu stark gespannt wird. Das kann zur Folge haben, dass die Lager überlastet werden, bis hin zu einem möglichen Ausfall des Antriebsmotors aufgrund eines Lagerschadens, was zu einem teuren Serviceeinsatz vor Ort beim Kunden führt. In der Anwendungspraxis von Schleif-ZPoliergeräten wird der Riementrieb in einem gewissen zeitlichen Zyklus immer wieder ersetzt, was vor Ort aber nicht unproblematisch ist. Zum einen muss das Gerät teilweise demontiert werden und zum anderen steht häufig vor Ort kein Messgerät zur genauen Ermittlung der Riemenspannung zur Verfügung, was wiederum zu den beschriebenen Folgeschäden führen kann.

Auch konstruktiv weisen die bekannten Riemenantriebe Nachteile auf. Zunächst ist eine Spannmöglichkeit erforderlich, die typischerweise durch transversales Verschieben des Elektromotors realisiert wird. Hierbei erfordern die verwendeten Riemenantriebe für den Elektromotor und den Verstellbereich für die Riemenspannung einen entsprechenden Bauraum in dem Gerät.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die Riemenspannung, selbst wenn sie korrekt eingestellt ist, eine dauerhafte Querkraft auf die Antriebswellen der Schleif-ZPolierscheibe und des Schleif-ZPolierkopfes erzeugt wird.

Weiter werden die Proben bei den bekannten Teller-Schleif-ZPoliergeräten - entweder mit Einzelandruck oder mit Zentralandruck - mit einer definierten Andruckkraft gegen den rotierenden SchleifZ-Polierteller gedrückt, damit ein entsprechender Abtrag von den zu präparierenden Proben gewährleistet wird. Die Stärke der Andruckkraft variiert je nach Präparationsmethode und kann typischerweise zwischen 5 N und 100 N je Probe beim Einzelandruckverfahren und zwischen 20 N und 750 N beim Zentralandruckverfahren liegen. Die Kraft wird typischerweise pneumatisch über eine definierte Kolbenfläche erzeugt. Bauartbedingt weisen die für das Pneumatik-System verwendeten Dichtungen, Führungen, etc. Reibung auf, die nicht immer konstant ist. Die Reibung kann z.B. zwischen Haft- und Gleitreibung, durch Temperaturänderungen oder durch Verschmutzung variieren.

All das kann die Präzision des Schleifabtrags bzw. allgemein die Qualität des Schleif- und Polierergebnisses beeinträchtigen.

Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches hochqualitative Schleif- und Polierergebnisse gewährleistet. Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches zuverlässige und qualitativ hochwertige Andruckverfahren im Schleif-ZPolierkopf bereitstellt und eine präzise Kontrolle des Schleifabtrags gewährleistet.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches Nachteile beim pneumatischem Vorschub zum Aufbringen der Schleifkraft vermeidet, und eine Druckluftzuführung im Schleif-ZPolierkopf für den Einzelandruck der Proben mit hoher Reproduzierbarkeit und geringer Beeinträchtigung durch Temperaturschwankungen ermöglicht.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches den zur Verfügung stehenden Bauraum, insbesondere im Schleif-ZPolierkopf optimal ausnutzt und ggf. eine zuverlässige Messung der Andruck-Kraft beim Schleifen und/oder Polieren sowie einen präzisen einstellbaren Schleifabtrag ermöglicht.

Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches zuverlässig, verschleiß- und wartungsarm ist, sowie im Betrieb eine geringe Geräuschentwicklung aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Erfindungsgemäß wird ein Teller-Schleif-ZPoliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite von insbesondere eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem rotierenden Schleif-ZPolierteller, insbesondere zur Probenpräparation für die materialographische Analyse, z.B. für eine anschließende Härteprüfung oder Gefügeuntersuchung der geschliffenen und polierten Unterseite der insbesondere eingebetteten Proben bereit gestellt.

Das Teller-Schleif-ZPoliergerät weist einen Schleif-ZPolierkopf mit einem Probenhalter zum Einsetzen einer oder mehrerer eingebetteter oder nicht eingebetteter Proben auf. Der Probenhalter kann z.B. eine Aufnahmescheibe umfassen, mit mehreren, z.B. sechs symmetrisch um die Rotationsachse verteilten Probenaufnahmen zum Einsetzen jeweils einer eingebetteten oder nicht eingebetteten Probe.

Schleifen und Polieren von eingebetteten Proben erfolgt in der materialographischen Analyse z.B. nach dem Abtrennen von Probenstücken mit einer Trennmaschine und dem nachfolgenden Einbetten der Probenstücke in Einbettmaterial zur Formgebung einer mehr oder weniger genormten Form der eingebetteten Proben, z.B. in Form von Zylindern mit Durchmessern im Bereich zwischen 25 mm und 50 mm. Dies wird in der Fachwelt auch als metallographisches Einbetten bezeichnet. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät ist als Laborgerät insbesondere für solche eingebetteten Proben geeignet. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät kann allerdings auch mit nicht eingebetteten Proben arbeiten. Hierzu können die nicht eingebetteten Proben direkt in einen speziellen an die Proben angepassten Probenhalter eingesetzt werden.

Das Teller-Schleif-ZPoliergerät umfasst ferner ein Untergehäuse mit einer Auffangwanne zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension. Beim Schleifen wird typischerweise mit Wasser gekühlt, so dass die Suspension aus Schleifabtrag und Wasser in der Auffangwanne aufgefangen und über einen Abfluss der Auffangwane abgeleitet werden kann. Poliert wird unter anderem mit Poliersuspensionen, z.B. Diamantsuspensionen, die vor und/oder während des Poliervorgangs auf die Polierscheibe bzw. das Poliertuch gegeben werden. Auch die Poliersuspension kann in der Auffangwanne gesammelt und über den Abfluss abgeleitet werden.

In der Auffangwanne rotiert ein horizontaler Schleif-ZPolierteller um eine vertikale Rotationsachse. Auf der Oberseite des Schleif-ZPoliertellers können wahlweise unterschiedliche Schleifpads, z.B. Schleifpapier, Schleiffolie, dünne Schleifscheiben mit unterschiedlicher Körnung und unterschiedlichen Schleifpartikeln, z.B. Korund oder Diamant lösbar befestigt werden, um die Proben nacheinander mit unterschiedlichen Schleifpads immer feiner plan zu schleifen. Anschließend können auf dem Schleif-ZPolierteller Polierpads und/oder Poliertücher lösbar befestigt werden, um dieselben Proben nach dem Schleifen zu Polieren. Die Schleif- und Polierpads bzw. Poliertücher können z.B. auf der Oberseite der Schleif-ZPolierteller angehaftet werden, z.B. magnetisch, selbstklebend, mit Vakuum und ggf. weiteren Haftschichten. Somit wird die Unterseite der von oben auf den Schleif-ZPolierteller aufgedrückten Proben mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch plangeschliffen und/oder poliert. Vorzugsweise können mit demselben Teller-Schleif- und Poliergerät die eingebetteten bzw. nicht eingebetteten materialographischen Proben zunächst geschliffen (ggf. mit unterschiedlichen Schleifkörnungen) und unmittelbar nachfolgend poliert (ggf. mit Poliersuspensionen mit unterschiedlicher Feinheit) werden, ohne die Proben aus dem jeweils angepassten Probenhalter entnehmen zu müssen. Ggf. kann noch eine Reinigungsstation vorgesehen sein.

Das Teller-Schleif-ZPoliergerät enthält einen in dem Schleif-ZPolierkopf angeordneten oberen ersten elektrischen Antriebsmotor zum rotierenden Antreiben des Probenhalters.

Das Teller-Schleif-ZPoliergerät enthält ferner einen in dem Untergehäuse angeordneten unteren zweiten elektrischen Antriebsmotor zum rotierenden Antreiben des Schleif-ZPoliertellers.

Der Probenhalter wird von einer ersten Antriebsspindel angetrieben und der erste elektrische Antriebsmotor weist einen ersten Stator und einen ersten Rotor auf. Die erste Antriebsspindel ist koaxial, insbesondere form- oder reibschlüssig mit dem ersten Rotor verbunden und erstreckt sich insbesondere koaxial durch den ersten Rotor und den ersten Stator, derart dass der erste elektrische Antriebsmotor mit der ersten Antriebsspindel einen ersten koaxialen Direktantrieb für den Probenhalter bildet. Der Probenhalter ist insbesondere koaxial an einem unteren Ende der ersten Antriebsspindel vorzugsweise lösbar befestigt.

Alternativ oder ergänzend wird der Schleif-ZPolierteller von einer zweiten Antriebsspindel angetrieben und der zweite elektrische Antriebsmotor weist einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor auf. Die zweite Antriebsspindel ist koaxial, insbesondere form- oder reibschlüssig mit dem zweiten Rotor verbunden und erstreckt sich insbesondere koaxial durch den zweiten Rotor und den zweiten Stator, derart dass der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-ZPolierteller bildet. Der Schleif-ZPolierteller ist insbesondere koaxial an einem oberen Ende der zweiten Antriebsspindel, vorzugsweise lösbar befestigt. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät kann also entweder für den Probenhalter oder für den Schleif-ZPolierteller, oder vorzugsweise für beides, jeweils einen eigenen koaxialen Direktantrieb, wie vorstehend definiert, aufweisen.

Die Drehzahl des ersten elektrischen Antriebsmotors beträgt vorzugsweise im Bereich zwischen 20 mim ¹ und 200 mi ¹ . Die Drehzahl des zweiten elektrischen Antriebsmotors beträgt vorzugsweise im Bereich zwischen 50 mim ¹ und 600 mim ¹ . Die Drehzahlen können insbesondere regelbar sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste und/oder zweite elektrische Antriebsmotor als Synchronmotor, insbesondere als mehrpoliger oder vielpoliger Torquemotor ausgebildet. Vorzugsweise sind die elektrischen Antriebsmotoren als Innenläufer ausgebildet.

Es werden also anstelle der herkömmlichen Asynchronmotoren mit Riementrieb z.B. Torquemotoren als Direktantriebe eingesetzt. Die Torquemotoren können als geberlose Synchronmotoren mit Permanentmagneten im Rotor (Permanentmagnet-Synchronmotor - PMSM) ausgebildet sein. Der jeweilige Stator kann aus mehreren Spulen bestehen, die durch entsprechende Bestromung Magnetfelder erzeugen, denen der zugehörige Rotor folgt. Die Torquemotoren können vom Stillstand bis den hier erforderlichen Maximal-Drehzahlen (ca. 200 mim ¹ bzw. 600 min ¹ ) ein sehr hohes Drehmoment erzeugen und werden als Direktantrieb eingesetzt, also ohne Riementrieb oder Getriebe. Der jeweilige Rotor kann direkt koaxial auf die Antriebspindel des Schleif-ZPoliertellers bzw. des Schleif-ZPolierkopfes montiert werden und überträgt daher nur das Antriebsmoment. Die Verbindung zwischen dem jeweiligen Rotor und der zugehörigen Antriebsspindel kann z.B. durch Formschluss, z.B. mit einer Passfeder oder durch Reibschluss erfolgen. Querkräfte, die bei herkömmlichen Teller- Schleif-ZPoliergeräten durch Riemen auf die Spindel ausgeübt wurden, entfallen, was die Lagerbelastung und damit den Verschleiß erheblich reduziert. Des Weiteren ist der Antrieb fast lautlos und komplett wartungsfrei, wodurch die Servicearbeiten vor Ort beim Kunden entfallen können. Die Antriebseinheiten können insgesamt kompakt konstruiert werden, womit sich ein schlankes Design, trotz hohem Drehmoment ergibt. Vorzugsweise weist das Teller-Schleif-ZPoliergerät einen vertikalen motorisch angetriebenen Hubmechanismus auf, mittels welchem zum Planschleifen und/oder zum Polieren der Proben der Schleif-ZPolierkopf einschließlich des ersten Antriebsmotors auf den Schleif-ZPolierteller abgesenkt wird. In vorteilhafter Weise kann hiermit eine hohe Präzision für den gewünschten Abtrag erreicht werden.

Vorzugsweise weist der Hubmechanismus zumindest eine, vorzugsweise zumindest zwei Vertikalführungen, eine Umlaufspindel, z.B. eine Kugelumlaufspindel, und einen Umlaufspindel- Antriebsmotor auf. Vorzugsweise rotiert der Umlaufspindel-Antriebsmotor die Umlaufspindel und die Spindelmutter oder Umlaufführung (z.B. Kugelumlaufführung der Kugelumlaufspindel relativ zueinander, um die vertikale Hubbewegung des Schleif-ZPolierkopfes entlang der Vertikalführungen zu bewirken. Hiermit wird der Schleif-ZPolierkopf auf und ab bewegt, und damit können die Proben in dem Probenhalter beim Schleifen und/oder Polieren exakt zugestellt werden.

Der Umlaufspindel-Antriebsmotor kann z.B. als Schrittmotor mit Drehgeber ausgebildet sein.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schleif-ZPolierkopf an einer L-förmigen Aufhängung aufgehängt, welche einen vertikalen Turmabschnitt und einen horizontalen Brückenabschnitt aufweist. Der vertikale Turmabschnitt kann an einem Gerätefuß in dem Untergehäuse befestigt sein und sich von dem Gerätefuß, insbesondere an der Rückseite des Untergehäuses, vertikal nach oben erstrecken. Der horizontale Brückenabschnitt ist wiederum an dem vertikalen Turmabschnitt aufgehängt und erstreckt sich horizontal über dem Untergehäuse bis zum dem Schleif-ZPolierkopf bzw. bis an den Bereich über dem Schleif-ZPolierteller. Der Schleif-ZPolierkopf ist an dem, dem Turmabschnitt gegenüberliegenden vorderen Ende des Brückenabschnitts aufgehängt, so dass die Aufhängung zusammen mit dem Schleif-ZPolierkopf im Wesentlichen U-förmig gestaltet ist. Vorzugsweise ist der vertikale Hubmechanismus in dem vertikalen Turmabschnitt angeordnet und hebt und senkt den horizontalen Brückenabschnitt gemeinsam mit dem Schleif-ZPolierkopf und dem ersten koaxialen Direktantrieb an bzw. ab. Vorzugsweise ist die erste Antriebsspindel axial elastisch federnd an starren Bereichen des Schleif-ZPolierkopfes aufgehängt. Die erste Antriebsspindel kann oberhalb und unterhalb des ersten Rotors, insbesondere mittels Wälzlagern, vorzugsweise Kugellagern gelagert sein. Das untere Lager der ersten Antriebsspindel kann als Festlager, insbesondere mit zumindest einem Schrägkugellager oder Rillenkugellager, ausgebildet und über eine Wellenfeder vorgespannt sein, um Lagerspiel herauszunehmen.

Ferner kann das obere Lager der ersten Antriebsspindel als Loslager ausgebildet sein, insbesondere mit einem Zylinderrollenlager, um eine axiale Bewegung der ersten Antriebsspindel gemeinsam mit dem ersten Rotor relativ zu dem ersten Stator und der Aufhängung des Schleif-ZPolierkopfes aufzunehmen.

Auch die zweite Antriebsspindel ist vorzugsweise oberhalb und unterhalb des zweiten Rotors gelagert, insbesondere mit Schrägkugellagern oder Rillenkugellagern.

Zum Planschleifen und/oder Polieren mit Zentralandruck werden die Proben in dem Probenhalter insbesondere fest eingespannt. Durch Zustellen des gesamten Schleif-ZPolierkopfes einschließlich des ersten elektrischen Antriebsmotors wird über die erste Antriebsspindel eine definierte Andruckkraft FA auf den Probenhalter als Zentralandruck ausgeübt.

Mit anderen Worten kann mit dem elektromotorischen Hubmechanismus für den Schleif-ZPolierkopf der Zentralandruck über den Probenhalter bewerkstelligt werden, was eine präzise Kontrolle des Schleifabtrags ermöglicht.

Vorzugsweise wird die auf die erste Antriebsspindel des Direktantriebs wirkende Andruckkraft relativ zu dem Schleif-ZPolierkopf mit einer Kraftmesseinrichtung, insbesondere in dem Schleif-ZPolierkopf gemessen. Ferner kann mit der Kraftmesseinrichtung beim Absenken des Schleif-ZPolierkopfes auf den Schleif-ZPolierteller ein Nullpunkt des Kontakts der Proben mit dem Schleif-ZPolierteller bestimmt werden. Die Kraftmesseinrichtung misst die Andruckkraft FA insbesondere zwischen der ersten Antriebsspindel und starren Bereichen der Aufhängung des Schleif-Polierkopfes, insbesondere in Ansprechen auf die durch die Andruckkraft bewirkte elastisch federnde axiale Bewegung der ersten Antriebsspindel relativ zu starren Bereichen der Aufhängung. Beim Zentralandruck wird also die Kraft auf die Proben vorzugsweise nicht durch pneumatische Kolben aufgebracht, sondern elektromotorisch, z.B. mit einem Spindelantrieb. Dabei kann die Kraft mittels der Kraftmesseinrichtung gemessen und über dieses Signal der Antriebsmotor für den Hubmechanismus im Closed Loop geregelt werden, der wiederum z.B. über die Kugelumlaufspindel die Vorschubbewegung mit exakt der richtigen Last aufbringen kann. Ebenso kann mit dem elektromotorischen Spindelantrieb des Hubmechanismus die exakte Weglänge durch Berechnung des Motorposition, z.B. mittels des Drehgebers, ausgegeben werden. Dadurch kann auch ein genau definierter Abtrag der Proben bei genau definierter Vorschubkraft realisiert werden.

Das Schleif-ZPoliergerät weist ferner vorzugsweise eine Einrichtung zur Nullpunktsbestimmung auf, mit der der Kontakt der unteren Probenoberfläche mit dem Schleif-ZPolierteller bzw. dem Schleifpad detektiert werden kann. Damit kann der genaue Nullpunkt bestimmt werden, also die Oberfläche der Probe detektiert werden, von der aus man den Materialabtrag misst. Zur Nullpunktsbestimmung wird beim Absenken des Schleif-ZPolierkopfes das Auftreffen der Proben auf dem Schleif-ZPolierteller detektiert. Hiermit kann in vorteilhafter Weise der Materialabtrag der Proben beim Schleifprozess genau bestimmt werden. Dieser kann ggf. im hundertstel bis wenige tausendstel Millimeter Bereich bestimmt bzw. eingestellt werden, was vorteilhaft sein kann, um in bestimmte Schichten der Proben vorzudringen.

Eine genaue Einstellung des Materialabtrags ist insbesondere mit dem elektromotorischen Hubmechanismus möglich, da hiermit ein steifer Vorschubantrieb erreicht werden kann, der im Vergleich zu einer pneumatischen Kraftaufbringung unbekannte Reibungskräfte im System und Ungenauigkeiten, z.B. durch die Kompressibilität der Luft vermeidet. Die Nullpunktsbestimmung weist also in Kombination mit dem elektromotorischen Hubmechanismus einen besonderen Synergieeffekt auf.

Zur Nullpunktbestimmung, also Detektion des Kontakts mit der Probenoberfläche, kann, wie vorstehend beschrieben, insbesondere die Kraftmesseinrichtung verwendet werden, da diese schon bei der kleinsten Berührung der Proben mit dem SchleifZ-Polierteller ein messbares Signal ausgibt. Die Kraftmesseinrichtung kann einen oder mehrere Kraftsensoren, z.B. Dehnmessstreifen umfassen, welche bei Dehnung ihren elektrischen Widerstand ändern. Der zumindest eine Kraftsensor bzw. Dehnmessstreifen kann auf einem Federelement der Kraftmesseinrichtung, z.B. auf einem Blattfederelement aufgebracht sein. Die Blattfederelemente können um die erste Antriebsspindel herum angeordnet sein, vorzugsweise unter dem ersten Antriebsmotor.

Die Kraftmesseinrichtung kann ringförmig ausgebildet sein und sich vorzugsweise koaxial um die erste Antriebsspindel des ersten Direktantriebs herum erstrecken. Die Kraftmesseinrichtung kann einen Kraftverteilerring umfassen, welcher sich koaxial um die erste Antriebsspindel herum erstreckt. Die beim Zentralandruck über den Probenhalter entstehende nach oben auf die erste Antriebspindel wirkende Gegenkraft FG kann z.B. über das untere Lager (z.B. zwei Kugellager) der ersten Antriebsspindel auf den Kraftverteilerring abgetragen werden. Der Kraftverteilerring ist, z.B. mit den insbesondere radialen Blattfederelementen, auf denen der zumindest eine oder mehrere Kraftsensoren, insbesondere mit Dehnmessstreifen aufgebracht sein können, axial elastisch federnd mit der Aufhängung des Schleif-ZPolierkopfes verbunden, um über die beim Zentralandruck aufgrund der Axialbewegung der ersten Antriebsspindel relativ zur Aufhängung entstehende Dehnung der Dehnmesstreifen die Andruckkraft FA mit den Dehnmesstreifen zu messen.

Vorzugsweise ist also die Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors, d.h. die erste Antriebsspindel gemeinsam mit dem ersten Rotor axial elastisch federnd an der Aufhängung des Schleif-ZPolierkopfes aufgehängt. Die axial elastische Aufhängung der Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors bzw. der ersten Antriebsspindel an starren Bauteilen des Schleif- ZPolierkopfes erfolgt dabei vorzugsweise mittels der Kraftmesseinrichtung. Die Kraftmesseinrichtung ist vorzugsweise im Großen und Ganzen ringförmig ausgebildet und bildet einen Kraftmessflansch, welcher ringförmig um die Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors bzw. die erste Antriebsspindel angeordnet sein kann. Dabei erstreckt sich die Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors bzw. die erste Antriebsspindel koaxial durch eine zentrale Öffnung des Kraftmessflansches. Die Kraftmesseinrichtung bzw. der Kraftmessflansch sind also vorzugsweise koaxial zu dem ersten elektrischen Antriebsmotor angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die Kraftmesseinrichtung und/oder der Kraftmessflansch gleichzeitig koaxial zu dem ersten Rotor des ersten elektrischen Antriebsmotors und koaxial zu dem Probenhalter angeordnet. Die erste Motorwelle bzw. die erste Antriebsspindel erstreckt sich vorzugsweise koaxial durch die Kraftmesseinrichtung bzw. durch den Kraftmessflansch hindurch.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Rotor axial verschieblich und koaxial federnd relativ zu dem ersten Stator aufgehängt. Der (Zentral-)Andruck bewirkt eine koaxiale Verschiebung des ersten Rotors relativ zu dem ersten Stator gegen die Federkraft der federnden Aufhängung und die Kraftmesseinrichtung misst die durch die koaxiale Verschiebung des ersten Rotors gegenüber dem ersten Stator auf die federnde Aufhängung ausgeübte Kraft.

Insbesondere bilden die erste Antriebsspindel und der erste Rotor die erste Motorwelle des ersten Antriebsmotors. Die erste Motorwelle mit der ersten Antriebsspindel und dem ersten Rotor ist insbesondere elastisch federnd an dem Schleif-ZPolierkopf aufgehängt. Die Kraftmesseinrichtung kann die Andruckkraft unmittelbar an der ersten Motorwelle, insbesondere koaxial zu der ersten Antriebsspindel und koaxial zu dem ersten Rotor bzw. zu der ersten Motorwelle des ersten Antriebsmotors messen. Wenn der Probenhalter mit den eingesetzten Proben gegen den Schleif-ZPolierteller angedrückt wird, insbesondere beim Zentralandruck, wird die erste Motorwelle relativ zu dem ersten Stator bzw. relativ zu den starren Bauteilen des Schleif-ZPolierkopfes elastisch federnd gegen die Federspannung der elastischen Aufhängung der ersten Motorwelle axial verschoben und die Kraftmesseinrichtung misst die von der ersten Motorwelle auf die elastisch federnde Aufhängung der ersten Motorwelle ausgeübte Kraft.

Die elastisch federnde Aufhängung der ersten Motorwelle bzw. die Kraftmesseinrichtung ist vorzugsweise axial zwischen dem ersten Antriebsmotor und dem unteren Lager der ersten Antriebsspindel bzw. der ersten Motorwelle angeordnet.

Um ein unverfälschtes Signal von der Kraftmesseinrichtung zu erhalten, ist es höchst vorteilhaft, wenn keine Querkräfte, z B. von einem Antriebsriemen, in die Kraftmesseinrichtung eingeleitet werden. Dies kann insbesondere mit dem ersten koaxialen Direktantrieb, z.B. mit dem Torquemotor, der ausschließlich ein Antriebsmoment in die Welle einleitet, aber die Kraftmesseinrichtung nicht beeinflusst, erreicht werden. Der axiale Direktantrieb weist also insbesondere in Kombination mit der koaxialen Kraftmesseinrichtung einen besonderen Synergieeffekt auf.

Der Rotor und der Stator des ersten Direktantriebsmotors sind also vorzugsweise axial gegeneinander verschieblich, um die axiale elastische Bewegung der ersten Antriebsspindel beim Andrücken der Proben gegen den Schleif-Polierteller aufzunehmen, insbesondere beim Zentralandruckverfahren. Die Dreh-Lagerung der ersten Antriebspindel kann ebenfalls die axiale elastische Bewegung beim Andrücken der Proben gegen den Schleif-Polierteller aufnehmen, z.B. mittels eines Zylinderrollenlagers.

Vorzugsweise kann der Benutzer einen Andruckkraft-Sollwert in eine Steuereinrichtung eingeben, welche den Hubmechanismus, insbesondere den Umlaufspindel-Antriebsmotor bzw.

Schrittmotor, steuert und einen geschlossenen Regelkreis definiert. Mit dem Regelkreis regelt die Steuereinrichtung dann während des Schleif- und/oder Polierprozesses automatisch die von dem Hubmechanismus auf den Probenhalter ausgeübte Andruckkraft auf den Schleif-ZPolierteller in Ansprechen auf den von der Kraftmesseinrichtung gemessenen Andruckkraft-Messwert aktiv auf den eingestellten Andruckkraft-Sollwert.

Vorzugsweise ist der Probenhalter als Mehrfach-Probenhalter mit mehreren Probenaufnahmen ausgebildet, die symmetrisch um die Rotationsachse der ersten Antriebsspindel herum angeordnet sind. Ggf. zusätzlich zu dem elektromotorisch angetriebenen Vorschub beim Zentralandruck kann der Schleif-ZPolierkopf mehrere Einzel-Andruckkolben aufweisen, die die Proben, die jeweils in die zugehörige Probenaufnahme eingelegt sind, einzeln kraftbeaufschlagen.

Der Probenhalter ist z.B. zur Aufnahme von 6 Proben ausgebildet, die symmetrisch um die Rotationsachse des ersten Antriebsmotors bzw. der ersten Antriebsspindel angeordnet sind, um mehrere Proben gleichzeitig plan zu schleifen und/oder zu polieren. Für den Einzelandruck werden die Proben von oben in die Probenaufnahmen eingelegt. Beim Zentralandruck werden die Proben in den Probenaufnahmen zusätzlich fest verspannt, um die gewünschte Andruckkraft zum Planschleifen und/oder Polieren zentral über die erste Antriebsspindel und den Probenhalter auf alle eingespannten Proben auszuüben. Die Einzel-Andruckkolben können pneumatisch betätigt werden. Hierzu kann Druckluft über einen, insbesondere relativ zu der ersten Antriebsspindel rotierbaren Druckluftanschluss in die erste Antriebsspindel eingeleitet werden. Der Druckluftanschluss ist vorzugsweise am oberen Ende der ersten Antriebsspindel bzw. oberhalb des ersten elektrischen Antriebsmotors angeordnet. In der ersten Antriebsspindel verläuft z.B. ein axialer Druckluftkanal, welcher die Druckluft axial durch den ersten Rotor und den ersten Stator hindurch zu einem mit der ersten Antriebsspindel rotierenden Luftverteiler unter dem ersten elektrischen Antriebsmotor leiten kann. Der Luftverteiler kann die Druckluft schließlich durch Verteilerkanäle radial auf die Einzel- Andruckkolben verteilen, um diese pneumatisch zu betätigen. Der Luftdruck kann durch ein Druckregelventil so eingestellt werden, dass die geforderte Andruckkraft auf den Schleif-ZPolierteller ausgeübt wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Teller-Schleif-ZPoliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite der Proben, insbesondere von eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem horizontal rotierenden Schleif-ZPolierteller, insbesondere zur Probenpräparation, z.B. als Teilschritt der Probenpräparation für die materialographische Analyse, insbesondere mit weiteren Merkmalen wie vorstehend beschrieben. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät gemäß diesem Aspekt umfasst: ein Untergehäuse mit einer Auffangwanne zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension, einen horizontalen Schleif-ZPolierteller, der in der Auffangwanne angeordnet ist und um eine vertikale Rotationsachse rotiert, wobei auf der Oberseite des Schleif-ZPoliertellers wahlweise unterschiedliche Schleifpads, z.B. Schleifpapier, Schleiffolie, dünne Schleifscheiben, unterschiedlicher Körnung, z.B. Korund, Diamant etc., Polierpads und/oder Poliertücher anhaftbar sind, um mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch die Unterseite der von oben auf den Schleif-ZPolierteller aufgedrückten Proben plan zu schleifen und/oder zu polieren, wobei im Betrieb Schleif- und/oder Poliersuspension in der Auffangwanne aufgefangen und über einen Suspensionsauslass der Auffangwanne abgeführt werden können, einen Schleif-ZPolierkopf mit einem Probenhalter zum Einsetzen einer oder mehrerer Proben, eine sich vertikal in dem Schleif-ZPolierkopf erstreckende erste Antriebsspindel, wobei der Probenhalter koaxial mit einem unteren Ende der ersten Antriebsspindel verbunden ist, um mit der ersten Antriebsspindel den Probenhalter zentral rotierend anzutreiben, einen in dem Schleif-ZPolierkopf angeordneten ersten elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der ersten Antriebsspindel, ggf. mit variabler Drehzahl, wobei der erste elektrische Antriebsmotor einen ersten Stator und einen ersten Rotor umfasst, wobei die erste Antriebsspindel koaxial, z.B. form- oder reibschlüssig, mit dem ersten Rotor verbunden ist und sich koaxial in dem ersten Rotor und dem ersten Stator erstreckt, derart dass der erste elektrische Antriebsmotor mit der ersten Antriebsspindel einen ersten koaxialen Direktantrieb für den Probenhalter bildet.

Vorzugsweise ist in dem Untergehäuse ein zweiter elektrischer Antriebsmotor für den Schleif-ZPolierteller angeordnet, wenn gleichzeitig zu dem Probenhalter auch der Schleif-ZPolierteller rotieren soll. Die Rotationen können gleichläufig oder gegenläufig sein.

Vorzugsweise bildet auch der zweite elektrische Antriebsmotor einen Direktantrieb für den Schleif-ZPolierteller. Hierzu ist eine sich vertikal aus dem Untergehäuse durch eine Bodenöffnung der Auffangwanne in die Auffangwanne erstreckende zweite Antriebsspindel umfasst, und der Schleif-ZPolierteller ist mit einem oberen Ende mit der zweiten Antriebsspindel verbunden, um mit der zweiten Antriebsspindel den Schleif-ZPolierteller rotierend anzutreiben. Der zweite elektrische Antriebsmotor umfasst einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor, wobei die zweite Antriebsspindel koaxial, z.B. form- oder reibschlüssig mit dem zweiten Rotor verbunden ist und sich koaxial in dem zweiten Rotor und dem zweiten Stator erstreckt, derart dass der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-ZPolierteller bildet.

Es existieren auch einfache Teller-Schleif-ZPoliergeräte ohne Schleif-ZPolierkopf und automatischen Andruckmechanismus, bei welchen die Probe manuell geschliffen und poliert wird. Auch in diesen einfachen Teller-Schleif-ZPoliergeräte ist es denkbar, den beschriebenen Antrieb für den Schleif-ZPolierteller einzusetzen. Daher ist auch Gegenstand der Erfindung ein Teller- Schleif-ZPoliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite der Proben, insbesondere von eingebetteten oder nicht eingebetteten Proben, mit einem horizontal rotierenden Schleif-ZPolierteller, insbesondere als Teilschritt der Probenpräparation für die materialographische Analyse, insbesondere mit weiteren Merkmalen wir vorstehend beschrieben. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät umfasst: ein Untergehäuse mit einer Auffangwanne zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension, einen horizontalen Schleif-ZPolierteller, der in der Auffangwanne angeordnet ist und um eine vertikale Rotationsachse rotiert, wobei auf der Oberseite des Schleif-ZPoliertellers wahlweise unterschiedliche Schleifpads, z.B. Schleifpapier, Schleiffolie, dünne Schleifscheiben, unterschiedlicher Körnung, z.B. Korund, Diamant etc., Polierpads und/oder Poliertücher anhaftbar sind, um mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch die Unterseite der von oben auf den Schleif-ZPolierteller aufgedrückten Proben plan zu schleifen und/oder zu polieren, wobei im Betrieb Schleif- und/oder Poliersuspension in der Auffangwanne aufgefangen und über einen Suspensionsauslass abgeführt wird, eine sich vertikal aus dem Untergehäuse in die Auffangwanne durch eine Bodenöffnung in der Auffangwanne erstreckende zweite Antriebsspindel, wobei der Schleif-ZPolierteller in der Auffangwanne an einem oberen Ende der zweiten Antriebsspindel verbunden ist, um mit der zweiten Antriebsspindel den Schleif-ZPolierteller von unten rotierend anzutreiben, einen in dem Untergehäuse angeordneten zweiten elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der zweiten Antriebsspindel, ggf. mit variabler Drehzahl, wobei der zweite elektrische Antriebsmotor einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor umfasst, wobei die zweite Antriebsspindel koaxial, z.B. form- oder reibschlüssig mit dem zweiten Rotor verbunden ist und sich koaxial in dem zweiten Rotor und dem zweiten Stator erstreckt, derart dass der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-ZPolierteller bildet.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.

Es zeigen: Fig. 1 eine dreidimensionale Darstellung eines Teller-Schleif-ZPoliergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit aufgeschnittenem Schleif-ZPolierkopf, Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch den Schleif-ZPolierkopf des Teller- Schleif-ZPoliergeräts aus Fig. 1 ,

Fig. 3 eine dreidimensionale Darstellung einer Kraftmesseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 eine Draufsicht auf die Kraftmesseinrichtung aus Fig. 3

Fig. 5 einen Schnitt durch die Kraftmesseinrichtung entlang der Linie A-A in Fig. 4

Fig. 6 eine Explosionsdarstellung des Schleif-ZPolierkopfes und der Aufhängung, Fig. 7 einen vertikalen Querschnitt durch den Hubmechanismus für den Schleif-ZPolierkopf, Fig. 8 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht von vorne des Teller-Schleif-ZPoliergeräts aus

Fig. 1,

Fig. 9 einen vertikalen Querschnitt durch den Schleif-ZPolierteller mit Auffangwanne und Antrieb des Teller-Schleif-ZPoliergeräts aus Fig. 1 ,

Fig. 10 eine Explosionsdarstellung des Schleif-ZPoliertellers mit Auffangwanne und Antrieb.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Bezugnehmend auf Fig. 1 weist das Teller-Schleif-ZPoliergerät 10 ein Basisgehäuse 12 mit einer Anzeige- und/oder Eingabeeinrichtung 14, in diesem Beispiel in Form eines Touchdisplays auf, über welches der Benutzer gewünschte Betriebsparameter, wie z.B. Drehzahl des Probenhalters, Drehzahl des Schleif-ZPoliertellers, Andruckkraft, Schleifabtrag etc., in die Steuereinrichtung (nicht dargestellt) eingeben kann. Eine Auffangwanne 16 für Schleif- und Poliersuspension ist an der Oberseite 12a in das Untergehäuse 12 eingelassen. Der Schleif-ZPolierteller 18 ist in der Auffangwanne 16 angeordnet und rotiert um eine vertikale Rotationsachse 20 (Fig. 9). Auf der Oberseite 18a des Schleif-ZPoliertellers 18 kann der Benutzer wahlweise verschiedene Schleifpads, Polierpads oder Poliertücher anhaften. Schleifpads können z.B. als Siliziumcarbid- oder Diamantschleifscheiben, als Schleifpapier oder Schleiffolien ausgebildet sein.

Gegebenenfalls kann noch eine Magnetfolie als Haftträger verwendet werden. Zum Polieren können Polierpads oder Poliertücher auf der Oberseite 18a angehaftet werden, die in Kombination mit einer Poliersuspension, z.B. einer Diamantsuspension, zum Polieren verwendet werden. Über einen Wasserhahn 22 kann, z.B. zum Nassschleifen oder Spülen, Wasser auf die Schleif- oder Polierpads bzw. Poliertücher, zugeführt werden. Der Schleif-ZPolierkopf 30 ist über dem Schleif-ZPolierteller 18 an einer Aufhängung 32 aufgehängt. Am unteren Ende des Schleif-ZPolierkopfes 30 ist der zentrale Probenhalter 34, im vorliegenden Beispiel als Sechsfachprobenhalter, an der Antriebsspindel 66 des Schleif-ZPolierkopfes 30 befestigt, wobei der Probenhalter 34 um eine Rotationsachse 21 (Fig. 2) des Schleif-ZPolierkopfes 30 rotierend angetrieben wird. Dieser Probenhalter 34 ist beispielhaft für eingebettete Proben ausgebildet. Die zu schleifenden und zu polierenden, hier insbesondere eingebetteten, materialographischen Proben (nicht dargestellt) werden einzeln von oben in Probenaufnahmen 36 des Probenhalters 34 eingesetzt. Für das Schleifen und/oder Polieren mit Einzelandruck ist über jeder Probenaufnahme 36 ein pneumatisch betätigter Einzelandruckkolben 38 vorgesehen, mit welchen die in den Probenhalter 34 eingelegten Proben einzeln von oben mit Einzelandruck kraftbeaufschlagt werden können. Für das Schleifen und/oder Polieren mit Zentralandruck werden die Proben in der zugehörigen Probenaufnahme 36 verspannt und der gesamte Probenhalter 34 wird über die obere Antriebsspindel 66 des Rotationsantriebs im Schleif-ZPolierkopf 30 axial kraftbeaufschlagt, um die Proben mit einer definierten Andruckkraft FA an den Schleif-ZPolierteller 18 anzudrücken bzw. den axialen Vorschub des Schleif-ZPolierkopfes 30 zuzustellen, insbesondere um einen definierten Abtrag beim Schleifvorgang zu erreichen.

Die Aufhängung 32 für den Schleif-ZPolierkopf 30 umfasst einen vertikalen Turmabschnitt 42 mit einem Hubmechanismus 44, mittels welchem ein horizontaler Brückenabschnitt 46, an dessen vorderem Ende der Schleif-ZPolierkopf 30 aufgehängt ist, angehoben und abgesenkt wird. Zum Schleifen oder Polieren mit Zentralandruck wird der an dem Hubmechanismus 44 aufgehängte Brückenabschnitt 46 mittels des Hubmechanismus 44 nach unten bewegt, um die Andruckkraft für den Schleif- oder Poliervorgang zu bewirken. Der Hubmechanismus 44 bewegt also den kompletten Schleif-ZPolierkopf 30 zusammen mit der Aufhängung 32 in der Höhe. Hierzu weist der Hubmechanismus 44 in dem Ausführungsbeispiel einen Schrittmotor 48 mit Drehgeber auf, der den vertikalen Hub über eine Rotation einer Kugelumlaufspindel 50 bewirkt. Die Aufhängung 32 bzw. der Brückenabschnitt 46 werden dabei von zwei vertikalen Linearführungen 52a, 52b geführt, welche die Biegemomente auffangen. Der Hubmechanismus 44 ist in dem hinteren vertikalen Turmabschnitt 42 angeordnet, so dass der Turmabschnitt 42, der horizontale Brückenabschnitt 46 und der Schleif-ZPolierkopf 30, der in einem Kopfgehäuse 47 beherbergt sein kann, einen U-förmigen Arm bilden. Bezugnehmend auf Fig. 2-6 bilden der obere Stator 64 und der obere Rotor 62 einen oberen elektrischen Direktantriebsmotor, in diesem Beispiel in Form eines oberen Synchron- oder Torquemotors 60, für die Probenaufnahme 34. Der Rotationsantrieb des Probenhalters 34 erfolgt also mittels des oberen Synchron- oder Torquemotors 60 in dem Schleif-ZPolierkopf 30. Der obere Torquemotor 60 ist vielpolig und als Innenläufer ausgebildet, so dass der obere Rotor 62 in dem oberen Stator 64 rotiert. Der obere Rotor 62 ist hohl und nimmt koaxial die obere Antriebspindel 66 auf, welche form- oder reibschlüssig mit dem oberen Rotor 62 verbunden ist, im vorliegenden Beispiel formschlüssig mittels einer Passfeder 68. Somit bildet der obere Torquemotor 60 mit der oberen Antriebsspindel 66, die koaxial mit dem oberen Rotor 62 verbunden ist, einen oberen koaxialen Direktantrieb 61 für den am unteren Ende koaxial mit der oberen Antriebsspindel 66 verbundenen Probenhalter 34.

Die obere Antriebsspindel 66 ist unterhalb und oberhalb des Rotors 62 gelagert, wobei das untere Lager 70 als Festlager ausgebildet ist und Schrägkugellager oder normale Rillenkugellager umfassen kann. Im vorliegenden Fall besteht das untere Festlager 70 aus zwei Rillenkugellagern 70a, 70b. Das untere Lager 70 ist in einem Lagergehäuse 71 angeordnet und wird durch eine Wellenfeder 72 vorgespannt. Die Vorspannung dient dazu, das Lagerspiel herauszunehmen. Beide Kugellager 70a, 70b werden von einem Zwischenring 74 beanstandet und mittels einer Spannmutter 76 innen verspannt.

An der oberen Antriebsspindel 66 ist eine Kraftmesseinrichtung 80 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel in Form eines ringförmigen Kraftmessflansches 81 ausgebildet ist und sich um die obere Antriebsspindel 66 herum erstreckt. Die ringförmige Kraftmesseinrichtung 80 weist einen inneren Kraftverteilerring 82 auf, der von der oberen Antriebsspindel 66, im vorliegenden Beispiel über das untere Lager 70, kraftbeaufschlagt wird, wenn beim Zentralandruck die Gegenkraft FG der Andruckkraft FA über den Probenhalter 34 axial auf die obere Antriebsspindel 66 wirkt. Die Kraftmesseinrichtung 80 umfasst einen Blattfederabschnitt 84, der den inneren Kraftverteilerring 82 mit einem äußeren Kraftabtragring 86 radial verbindet. Der Blattfederabschnitt 84 kann z.B. vier sich radial erstreckende Blattfedern 85 umfassen, die den inneren Kraftverteilerring 82 axial elastisch federnd mit dem äußeren konzentrischen Kraftabtragring 86 verbinden. Die einzelnen Blattfedern 85 können insbesondere gleichmäßig um die obere Antriebsspindel 66 des oberen koaxialen Direktantriebs 61 herum verteilt sein. Der äußere Kraftabtragring 86 stützt sich z.B. an einem starren Bereich des Schleif-ZPolierkopfes 30 ab. Auf dem Blattfederabschnitt 84, in dem Ausführungsbeispiel auf einer der Blattfedern 85, ist ein Kraftsensor 87 angebracht, z.B. ein Dehnmessstreifen 88 aufgeklebt, welcher bei einer Dehnung seinen ohmschen Widerstand verändert, so dass hiermit die Dehnung der zugehörigen Blattfeder 85 bzw. des Blattfederabschnitts 84 bei einer axialen Verschiebung der oberen Antriebsspindel 66 gegenüber starren Bauteilen des Schleif-ZPolierkopfes 30 bzw. gegen die Federspannung gemessen werden kann. Dehnmessstreifen können auch auf mehreren, z.B. zwei oder allen (hier vier) Blattfedern 85 angebracht bzw. aufgeklebt sein, was die Genauigkeit der Kraftmessung weiter verbessern kann. Die Messsignale des/der Dehnmessstreifen(s) 88 können mit einem Messverstärker 89 verstärkt und an die Steuereinrichtung des Teller- Schleif-ZPoliergeräts 10 übermittelt werden, insbesondere um damit die Andruckkraft FA ZU regeln. Der Messverstärker 89 kann unmittelbar an der Kraftmesseinrichtung 80 angebracht sein. Beispielsweise ist der Messverstärker 89 in einer Vertiefung 101 in dem Kraftmessflansch 81 eingelassen und kann darin ggf. vergossen werden. Mit anderen Worten bilden der Kraftmessflansch 81 , bzw. der innere Kraftverteilerring 82, der Blattfederabschnitt 84 und der äußere konzentrische Kraftabtragring 86 eine axial elastisch federnde Aufhängung der von der oberen Antriebsspindel 66 und dem oberen Rotor 62 gebildeten oberen Motorwelle des oberen Synchron- oder Torquemotors 60.

Beim Zentralandruck wird also der Schleif-ZPolierkopf 30 über den Hubmechanismus 44 axial nach unten bewegt, bis die in den Probenhalter 34 eingespannten Proben den Schleif-ZPolierteller 18 berühren. Beim weiteren vertikalen Zustellen mit Zentralandruck werden die Proben mit einer Andruckkraft FA gegen den Schleif-ZPolierteller 18 gedrückt, wodurch eine korrespondierende Gegenkraft FG axial bzw. vertikal nach oben auf die obere Antriebsspindel 66 wirkt. Diese Gegenkraft FG bewirkt eine Verformung der Blattfedern 85 und damit eine Dehnung des Dehnmessstreifens 88, wodurch die Andruckkraft FA gemessen werden kann.

Alternativ zum Zentralandruck können die Proben auch einzeln mittels der Einzelandruckkolben 38 angedrückt werden. Die Einzelandruckkolben 38 werden pneumatisch betätigt und gegen die Vorspannung der Rückstellfedern 39 nach unten gegen eine Oberseite der jeweiligen Probe (nicht dargestellt) bewegt. Zur pneumatischen Betätigung der Einzelandruckkolben 38 kann Druckluft über einen Druckluftanschluss 90 zentral in die obere Antriebsspindel 66 eingeleitet werden. Der Druckluftanschluss 90 ist relativ zu der oberen Antriebsspindel 66 drehbar und leitet die Druckluft durch einen axialen Druckluftkanal 92, der sich als zentrale Axialbohrung durch die obere Antriebsspindel 66 erstreckt, nach unten. Am unteren Ende der oberen Antriebsspindel 66 ist ein Zwischenstück 94 mit einem radialen Luftverteiler 96 befestigt. Der Luftverteiler 96 leitet die Druckluft durch einen axialen Verbindungskanal 98 und jeweils radiale Verteilerkanäle 102 zu den Einzelandruckkolben 38 weiter, um die Einzelandruckkolben 38 zu betätigen und gegen die eingelegten Proben zu drücken. Die Druckluft wird also durch den Druckluftanschluss 90 durch die obere Antriebsspindel 66 zum Luftverteiler 96 geführt und über die radialen Luftverteilerkanäle 102 auf die, z.B. sechs, Einzelandruckkolben 38 aufgeteilt.

Im Betrieb rotiert die mit dem oberen Rotor 62 fest verbundene obere Antriebsspindel 66 mit dem Luftverteiler 96 und den Einzelandruckkolben 38 sowie mit dem am unteren Ende der oberen Antriebsspindel 66 befestigten Probenhalter 34. Der Probenhalter 34 kann z.B. mit einem Schnellverschluss 104 unten an der oberen Antriebsspindel 66 befestigt werden.

Beim Zentralandruck werden die Proben fest in dem Probenhalter 34 eingespannt und die Andruckkraft FA wird durch Zustellen des gesamten Schleif-ZPolierkopfes 30 über die obere Antriebsspindel 66 auf den Probenhalter 34 aufgebracht, wobei die Andruckkraft FA während des Schleif- und/oder Poliervorgangs über die Kraftmesseinrichtung 80 gemessen wird. Das Messergebnis der Kraftmesseinrichtung 80, im vorliegenden Beispiel in Form der Widerstandsänderung des Dehnmessstreifens 88, wird an die Steuereinrichtung des Schleif-ZPoliergeräts 10 übermittelt, wobei die Steuereinrichtung in Ansprechen auf dieses Messsignal in einem geschlossenen Regelkreis die Andruckkraft FA aktiv regelt. Mit anderen Worten wird die Andruckkraft FA über die Kraftmesseinrichtung 80 bzw. den Kraftsensor 87 gemessen und durch Rückführung in die Steuereinrichtung in einem geschlossenen Regelkreis (Closed-Loop) auf einen über die Eingabeeinrichtung 14 eingebbaren Andruckkraft-Sollwert geregelt.

Das obere Lager 106 der oberen Antriebsspindel 66 bildet das Loslager und ist im vorliegenden Beispiel als Zylinderrollenlager ausgebildet, um durch seine axiale freie Beweglichkeit die axiale Deformation der Kraftmesseinrichtung 80 beim Zentralandruck auszugleichen. Ein Dichtring 108 dichtet die obere Antriebsspindel 66 bzw. den oberen Rotor 62 gegen eine nicht rotierende Deckplatte 110.

Bezugnehmend auf Fig. 7 und 8 ist der Turmabschnitt 42 z.B. an der Rückseite eines Gerätefußes 112 aufgehängt, der in dem Untergehäuse 12 die Gerätebasis bildet. An dem Gerätefuß 112 sind zwei vertikale Führungsstangen 53a, 53b als Teil der Linearführungen 52a, 52b aufgehängt. Der Brückenabschnitt 46, an dessen vorderem Ende der Schleif-ZPolierkopf 30 starr befestigt ist, weist an seinem dem Schleif-ZPolierkopf 30 gegenüberliegenden Ende auf den Führungsstangen 52a, 52b vertikal gleitende Führungshülsen 54a, 54b auf. Der vertikale Hubantrieb des Hubmechanismus 44 wird von dem Schrittmotor 48 angetrieben. Der vertikale Hubantrieb kann als Spindelantrieb 49 ausgebildet sein. Genauer treibt der Schrittmotor 48 über eine Kupplung 116 die Kugelumlaufspindel 50 an, welche in einer Spindelmutter bzw. in einer Kugelumlaufführung 118 rotiert, um die Vertikalbewegung der Aufhängung 32 und damit des Schleif-ZPolierkopfes 30 zu bewirken. Um die vertikale Hubbewegung des Schleif-ZPolierkopfes 30 genau steuern zu können, kann der Schrittmotor 48 einen Drehgeber aufweisen (nicht dargestellt).

Der Turmabschnitt 42 kann ferner horizontal verschieblich an dem Gerätefuß 112 aufgehängt sein. Hierzu kann der Turmabschnitt 42, insbesondere einschließlich des Hubmechanismus 44 mit horizontalen Linearführungen 252a, 252b horizontal linear verschieblich mit dem Gerätefuß 112 verbunden sein. Im vorliegenden Beispiel ist der Turmabschnitt 42 an Führungshülsen 254a, 254b aufgehängt, die horizontal auf Führungsstangen 253a, 253b gleiten. Dadurch kann der Turmabschnitt 42 einschließlich des Hubmechanismus 44 eine Horizontalbewegung parallel zur Schleif-ZPolierscheibe 18 ausführen. Der Antrieb des horizontalen Verschiebemechanismus 244 kann über einen Spindelantrieb 249 erfolgen, z.B. mit einer Kugelumlaufspindel 250 mit einem Elektromotor 248. Die Horizontalbewegung erfolgt z.B. quer zu dem horizontalen Brückenabschnitt 46. Dadurch kann beim Schleifen der Proben auf dem Schleif-ZPolierteller 18 z.B. eine horizontale Pendelbewegung der Proben erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Verschleiß der Schleif- oder Polierscheiben gleichmäßig erfolgt.

Allgemein definiert, umfasst das Teller-Schleif-ZPoliergerät 10 einen horizontalen Bewegungsmechanismus für den Schleif-ZPolierkopf 30, mittels dem der Schleif-ZPolierkopf 30 einschließlich des ersten Antriebsmotors 60 und/oder der Kraftmesseinrichtung 80 sowie der Hubmechanismus 44 transversal zu dem Schleif-Polierteller 18 motorisch bewegbar sind.

Bezugnehmend auf Fig. 9 und 10 bilden der untere Stator 164 und der untere Rotor 162 einen unteren elektrischen Direktantriebsmotor, in diesem Beispiel in Form eines unteren Synchronoder Torquemotors 160, für den Schleif-ZPolierteller 18. Der Rotationsantrieb des Schleif-ZPoliertellers 18 erfolgt also mittels des unteren Synchron- oder Torquemotors 160. Der untere Torquemotor 160 ist als Innenläufer ausgebildet, so dass der untere Rotor 162 in dem unteren Stator 164 rotiert. Der untere Rotor 162 ist hohl und nimmt koaxial die untere Antriebspindel 166 auf, welche form- oder reibschlüssig mit dem unteren Rotor 162 verbunden ist, im vorliegenden Beispiel formschlüssig mittels einer Passfeder 168. Somit bildet der untere Torquemotor 160 mit der unteren Antriebsspindel 166, die koaxial mit dem unteren Rotor 162 verbunden ist, einen unteren koaxialen Direktantrieb 161 für den am oberen Ende koaxial mit der unteren Antriebsspindel 166 verbundenen Schleif-ZPolierteller 18.

Der Schleif-ZPolierteller 18 sitzt oben auf dem unteren koaxialen Direktantrieb 161 , um von der unteren Antriebsspindel 166 rotierend um die untere Rotationsachse 20 angetrieben zu werden. Die untere Antriebsspindel 166 erstreckt sich axial durch einen unteren Rotor 162. Der untere Rotor 162 und die untere Antriebsspindel 166 werden also von dem unteren Stator 164 angetrieben. Somit bildet der untere Torquemotor 160 mit der unteren Antriebsspindel 166 den unteren koaxialen Direktantrieb 161 für den mit der unteren Antriebsspindel 166 koaxial verbundenen Schleif-ZPolierteller 18.

Der Schleif-ZPolierteller 18 rotiert zum Auffangen der Schleif- oder Poliersuspension in der Auffangwanne 16. Der Schleif-ZPolierteller 18 kann mittels eines Dichtrings 169, z.B. mit einer Lippendichtung, gegen die Auffangwanne 16 gedichtet sein, um Schleif- und Poliersuspension vom Antrieb 161 fernzuhalten.

Die untere Antriebsspindel 166 ist mittels eines unteren Lagers 170 und eines oberen Lagers 172 axial oberhalb und unterhalb des unteren Torquemotors 160 gelagert. Die Lager 170, 172 können z.B. als Rillen- oder Schrägkugellager ausgebildet sein. Der Schleif-ZPolierteller 18 sitzt ferner auf einer Telleraufnahme 19, die koaxial von oben an die untere Antriebsspindel 166 angeschraubt ist und die ein einfaches Abnehmen des Schleif-ZPoliertellers 18 ermöglicht. Der Schleif-ZPolierteller 18 kann z.B. magnetisch und formschlüssig auf der Telleraufnahme 19 gehalten werden.

Am oberen Rand der Auffangwanne 16 kann optional noch ein ringförmiger Spritzschutz angebracht werden (nicht dargestellt). Die untere Antriebsspindel 166 erstreckt sich durch eine zentrale Bodenöffnung 176 in der Auffangwanne 16. Der untere elektrische Antriebsmotor 160 kann von unten koaxial zu der Bodenöffnung 176 an die Auffangwanne 16 angeflanscht sein. Die Auffangwanne 16 kann über einen Auslass 178 und einen Ablauf 180 entleert werden.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.