AT410374B - Rahmenschwinger und denselben aufweisendes fourier transformations (ft)- spektrometer - Google Patents

Description

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Die Erfindung stellt ab auf einen Rahmenschwinger zur Bewegung von Meß- und Funktionsteilen in Analysengeräten, aufweisend ein Fußelement und ein gegenüberliegendes und mit diesem über Schwingelemente verbundenes Kopfelement, wobei die Schwingelemente Biegungsteile aufweisen, welche bei Fixierung des Fußelementes und Krafteinwirkung auf das Kopfelement eine Versetzungsbewegung desselben gegenüber dem Fußelement ermöglichen sowie auf ein Fourier Transformations (FT) - Spektrometer zur Bestimmung von chemischen Zusammensetzungen, insbesondere zur in-situ Analyse von Reaktionsumsätzen, aufweisend ein Bodenelement und darauf mittel- oder unmittelbar angebracht gegebenenfalls eine oder mehrere Strahlungsquellen, ein Interferometer und eine Detektionseinheit zum Nachweis elektromagnetischer Strahlung, wobei das Interferometer aus einem partiell transparenten Spiegel, einem fixierten Spiegel und einem entlang einer Bahn vor- und zurückbewegbaren Spiegel besteht, wobei der verschiebbare Spiegel zur Bewegung mit einem mechanisch oder elektromagnetisch angetriebenen Rahmenschwinger, welcher Rahmenschwinger ein Fußelement und ein gegenüberliegendes und mit diesem über Schwingelemente verbundenes Kopfelement aufweist, verbunden ist.

In vielen Geräten zur chemisch-physikalischen Untersuchung von Festkörpern, beispielsweise in Rastertunnelmikroskopen, ebenso wie in Analysengeräten zur Untersuchung von Flüssigkeiten oder Gasen, wie diversen Spektrometern, können Translationselemente zur Bewegung von Meß-und Funktionsteilen vorgesehen sein, wobei die Meß- und Funktionsteile in der Regel unmittelbar mit den Translationseiementen verbunden sind und/oder von diesen getragen werden.

Die Präzision, mit der die Meß- und Funktionsteile durch Translationselemente während der Durchführung von Analysenverfahren in Analysengeräten entlang gewünschter Bahnen bewegt werden, bestimmt wesentlich die Qualität der mit derartigen Geräten erhaltenen Ergebnisse bei Messungen, d.h. die zeitliche und/oder örtliche Auflösung der Meßwerte. Translationselementen mit höchster Bewegungsgenauigkeit kommt aus diesem Grund eine große Bedeutung zu.

Neben höchster Bewegungspräzision und geringen Fertigungskosten sollen Translationselemente auch möglichst kleine Abmessungen aufweisen, um einen Aufbau wenig platzintensiver, vorzugsweise auch leichter, Analysengeräte zu ermöglichen. Gegenwärtig besteht bezüglich dergestaltiger Geräte ein großes Interesse, da erkannt wurde, daß, eine kostengünstige Herstellung der Analysengeräte vorausgesetzt, kleine, robuste und im Meßbetrieb zuverlässige Analysenvorrichtungen, beispielsweise FT-Spektrometer, an beliebigen Stellen einer Produktionslinie angeordnet werden und dazu dienen könnten, den Ablauf gesamter Produktionen, insbesondere chemischer Herstellungsverfahren, von einer für das Aufsichtspersonal sicheren, gegebenenfalls auch außerhalb der Produktionsstätte liegenden, Position aus und mit wenig Personal kontrollieren und steuern zu können. Zur Erreichung einer hohen Meßflexibilität sollten die Meßgeräte ohne großen Personalaufwand transportierbar und vorzugsweise am neuen Standort rasch zur exakten Messung einsetzbar sein.

Zur Realisierung einer genauen Bewegung von Meß- und Funktionsteilen mit kleinteiligen Translationselementen ist es gemäß dem Stand der Technik bekannt geworden, mechanisch oder elektrisch angetriebene Rahmenschwinger zu erproben.

Derartige Rahmenschwinger können, wie diese von R.V. Jones in Journal of Scientific Instruments, 1962, Volume 39, Seiten 193 - 203 („Some uses of elasticity in Instrument design“) beschrieben sind, aus einem Fußelement und einem diesem gegenüberliegenden und mit diesem über Blattfedern verbundenen Kopfelement aufgebaut sein, wobei bei Fixierung des Fußelementes durch Krafteinwirkung auf das Kopfelement die Blattfedern gebogen werden und eine planparallele Versetzungsbewegung des Kopfelementes gegenüber dem Fußelement erfolgt. Bei Rahmenschwingern solcherart wird allerdings ungünstig häufig bei der Versetzung des Kopfteiles gegenüber dem Bodenteil gleichzeitig zur gewünschten planparallelen Versetzungsbewegung eine überlagerte Kipp- bzw. Neigungsbewegung des Kopfelementes gegenüber dem fixierten Fußelement beobachtet. Ein derartige Kippbewegung des Kopfelementes von bereits wenigen Hundertstel Grad gleichzeitig zur planparallelen Versetzung schließt allerdings eine Verwendung solcherart gestalteter Schwinger zur Bewegung funktioneller Elemente in Spektrometern, in welchen Fehlstellungen bzw. -bewegungen von optischen Elementen und damit einhergehende Winkelabweichungen eines Lichtstrahles vom idealen Strahlgang zur Erreichung guter Signal/Rausch-Verhältnisse vermieden werden müssen, aus. Aufwendige Korrektureinrichtungen, mit denen schon versucht wurde, solchen Kipp- bzw. Neigungsbewegungen entgegenzuwirken, brachten diesbezüglich kaum 2

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Verbesserungen, hatten aber aufgrund des zusätzlichen Raumbedarfes der Korrektureinrichtungen zu voluminöseren Geräten geführt.

Neben Rahmenschwingem, die aus mehreren einzelnen, gegebenenfalls aus verschiedenen Materialien bestehenden, Komponenten aufgebaut sind, sind auch Rahmenschwinger einteiliger Bauweise bekannt geworden, wobei Fuß- und Kopfelement über elastisch biegsame Teile verbunden sind. Beispielsweise ist in der US 4,559,717 ein einteiliger Rahmenschwinger geoffenbart, bei dem eine Versetzungsbewegung des Kopfelementes gegenüber dem Fußelement in zwei zueinander orthogonalen Richtungen bewirkt werden kann. Ein Rahmenschwinger solcherart soll als zweiachsige (xy)-Positioniereinheit in Geräten zur Oberflächenanalytik einsetzbar sein. Allerdings tritt bei derartigen Schwingern unter anderem der Nachteil auf, daß zur Ermöglichung einer Versetzungsbewegung des Kopfelementes gegenüber dem Fußelement in zwei zueinander normalen Richtungen eine Vielzahl von Biegungsteilen vorgesehen ist, welche hohe Anzahl an Biegungsteilen mit einem hohen fertigungstechnischen Aufwand und großen Kosten bei der Herstellung verbunden ist.

In der US 5,349,438 ist ein weiterer einteiliger Rahmenschwinger beschrieben, welcher Rahmenschwinger eine im wesentlichen parallelepipede Form mit vier außenliegenden Biegungsteilen aufweist, wobei Aufnahmen für Funktionsteile bzw. die Funktionsteile selbst am Rahmenschwinger zum Zwecke einer ausgewogenen Massenverteilung und einer damit verbundenen Schwerpunktsfestlegung hochsymmetrisch angeordnet sein müssen und welcher Rahmenschwinger einen hohen Grad an Unempfindlichkeit gegenüber Erschütterungen erreichen soll. Es wird ein Einsatz eines derartigen Rahmenschwingers für ein Interferometer bzw. ein FT-Spektrometer vorgeschlagen, wobei sowohl bewegbare als auch unbewegbare Interferometerspiegel an innenseitigen Montageaufnahmen des parallelepipeden Rahmenschwingers angebracht sind. Durch eine derartige Ausformung eines Rahmenschwingers scheint eine Verringerung der Außenabmessungen von FT-Spektrometern erzielbar. Gleichzeitig ist damit aber eine schwierige und zeitaufwendige Montage der Reflexionseinheiten verbunden, da der zum Hantieren zur Verfügung stehende Platz zwischen den Kopf- und Fußelementen sehr gering ist, wodurch ein rasches und einfaches Anbringen von Funktionsteilen erschwert ist.

Einteilige Rahmenschwinger und deren Einsatz zur Bewegung von Spiegeln in FT-Spektro-metern sind auch aus der US 5,486,917 bekannt geworden, wobei die Rahmenschwinger eine hohe Präzision einer planparallelen Spiegelversetzung beim Messen ermöglichen sollen. Derartige Rahmenschwinger sind allerdings jeweils in Paaren einzusetzen, woraus sich ein hoher Kostenanteil der Translationselemente an den Spektrometergesamtkosten ergibt.

Die bekannten Rahmenschwinger scheinen die an Translationselemente gestellten hohen Anforderungen teilweise zu erfüllen, dabei ist ihnen allerdings nachteilig gemein, daß bereits bei einer geringfügigen Neigung des Kopfelementes gegenüber dem Fußelement, wie sie beispielsweise nach einer einmaligen zu starken Auslenkung der flächigen Biegungsteile im Meßbetrieb und/oder oftmaliger Verformung derselben dauerhaft auftreten kann, eine präzise planparallele Stellung und Versetzung des Kopfelementes und damit der Meß- und Funktionsteile gegenüber dem Fußelement nicht mehr erreicht wird und eine einfache Möglichkeit zur Behebung einer solchen Fehlstellung des Kopfelementes nicht gegeben ist.

Die vorstehend genannten FT-Spektrometer weisen also den gemeinsamen Nachteil auf, daß eine einfache Korrektur einer Fehlpositionierung des bewegten Spiegels des Interferometers nicht ohne zumindest einen Einbau zusätzlicher Korrektureinrichtungen hohen Raumbedarfes möglich ist und daher insbesondere ein Transport mit kinetischen Belastungen des Gerätes im Zuge eines Meßstandortwechsel einen erheblichen Personal- und Zeitaufwand zur Wiederherstellung der Meßbereitschaft bedingt.

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen und stellt sich die Aufgabe, einen Rahmenschwinger der eingangs genannten Art anzugeben, der mit geringem fertigungstechnischen Aufwand kostengünstig herstellbar ist und bei dem die Neigung des Kopfelementes gegenüber dem Fußelement in einfacher Weise rasch mit hoher Genauigkeit festlegbar ist.

Weiters setzt sich die Erfindung zum Ziel, ein gattungsgemäßes FT-Spektrometer so weiterzubilden, daß auftretende Fehlstellungen des bewegbaren Interferometerspiegels in einfacher Weise schnell behebbar sind und daß das FT-Spektrometer mit geringem Personalaufwand von einem Meßort zu einem anderen Meßort transportiert und danach rasch justiert und zur Messung einge- 3

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Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein gattungsgemäßer Rahmenschwinger einteilig ausgebildet ist und daß dessen Fußelement aus einer Trageinheit und einer Befestigungseinheit, welche über eine Biegestelle verbunden sind, gebildet ist, wobei die Biegestelle zum Schwenken der Trageinheit gegenüber der Befestigungseinheit des Fußelementes eine Längsachse aufweist, die parallel zum Kopfelement und quer zur Versetzungsrichtung desselben verläuft.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß bei einer einteiligen Fertigung ein kostengünstiger Rahmenschwinger bereitgestellt werden kann, bei dem eine Trageinheit gegenüber einer Befestigungseinheit des Rahmenschwingers um einen wählbaren Winkel schwenkbar ist. Da beim Schwenken der Trageinheit zugleich ein damit über Schwingelemente verbundenes Kopfelement mitgeschwenkt wird, kann eine Position des Kopfelementes zur Erzielung einer exakt planparallelen Stellung bzw. einer solchen Versetzung gegenüber einem Befestigungselement präzise festgelegt werden. Eine Ausbildung der Längsachse der Biegestelle quer zur Versetzungsachse trägt der Erfahrung Rechnung, daß eine Neigung des Kopfelementes regelmäßig auf eine geringe, jedoch dauerhafte Verkippung der flächigen Biegeteile gegenüber dem Fußelement in Versetzungsrichtung zurückzuführen ist und stellt sicher, daß derartige Änderungen einfach durch ein Vorwärts- bzw. Rückwärtsschwenken korrigiert werden können. Aufgrund einer derartigen Korrekturmöglichkeit kann bei einem erfindungsgemäßen Rahmenschwinger eine genaue planparallele Versetzungsbewegung von Meß- und Funktionsteilen auch nach oftmaligen Einsatz erzielt werden. Eine erfindungsgemäß vorgesehene Biegestelle erlaubt vorteilhafterweise nicht nur ein präzises, sondern auch ein rasches Schwenken, wodurch eine gewünschte Kopfelementposition im Betrieb schnell mit der erforderlichen Genauigkeit einstellbar ist.

Auch mögliche Fertigungsungenauigkeiten, wie verschiedene Höhen der Biegungsteile können teilweise korrigiert werden.

Durch eine erfindungsgemäße Ausformung eines Rahmenschwingers mit einer Biegestelle und in einteiliger Form kann eine stufenlose Schwenkung mit höchster Wnkelgenauigkeit erzielt werden. Mögliche Fehlerquellen, wie sie bei Verbindung verschiedener Einzelteile, beispielsweise durch Passungenauigkeiten von Teilen, gegeben sein können, sind ausgeschlossen.

Ein weiterer Vorteil ist darin gegeben, daß die Außenmaße eines erfindungsgemäßen Rahmenschwingers aufgrund eines geringen Raumbedarfes der Biegestelle im wesentlichen jenen eines gleichartigen Schwingers ohne Biegestelle entsprechen, so daß bei erfindungsgemäß bereitgestellter Funktionalität ein Minimum an zusätzlichem Raumerfordernissen gegeben ist.

In günstiger Weise ist bei einem erfindungsgemäßen Rahmenschwinger eine Biegestelle an einer außenseitig liegenden Zone der Trageinheit anschließend ausgebildet. Ein genaues Schwenken kann dann mit geringem Kraftaufwand durch Anheben oder Niederdrücken der Trageinheit an einer der Biegestelle gegenüberliegenden Seite erzielt werden.

Zu einer besonders einfachen und raschen Justierung und positionellen Fixierung der Trageinheit sind bei einem erfindungsgemäßen Rahmenschwinger in der Befestigungseinheit eine Justiermittelaufnahme und in der Trageinheit ein mit dieser korrespondierender Justiermitteleingriff angeordnet.

In einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rahmenschwingers weist die Biegestelle eine minimale Dicke von zumindest 5 mal, vorzugsweise von zumindest 20 mal, der minimalen Dicke der Biegungsteile der Schwingelemente auf. Dadurch wird in höchst zuverlässiger Weise sichergestellt, daß eine festgelegte Position der Trageinheit während einer Anregung und Auslenkung der Biegungsteile der Schwingelemente unverändert bleibt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weisen zur einfachen, raschen und lösbaren Montage eines erfindungsgemäßen Rahmenschwingers die Trageinheit mindestens eine achsial gerichtete Befestigungsmitteldurchführungsöffnung und die Befestigungseinheit eine damit korrespondierende Befestigungsmittelaufnahme bzw. damit korrespondierende Befestigungsmittelaufnahmen, vorzugsweise zumindest jeweils zwei Paare, auf.

Vorzügliche Bewegungsgenauigkeit bei gleichzeitiger Gewichtsreduktion kann bei einem erfindungsgemäßen Rahmenschwinger erreicht werden, wenn das Kopfelement eine oder mehrere Ausnehmungen aufweist. Dadurch können die Biegesteifigkeit des Kopfelementes und dessen Elastizitätseigenschaften, insbesondere im Anschlußbereich des Kopfelementes an die Biegungsteile, bei einer simultanen Leichtbauweise derart eingestellt werden, daß auch bei Angriff großer 4

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Impluse zu einer Schwingungsanregung des Kopfelementes eine exakte planparallele Bewegung des Kopfelementes gegenüber dem Fußelements erreicht wird.

Vorteilhaft günstige Elastizitätseigenschaften bei geringem Gewicht, sowie eine hohe Gebrauchsdauer kann weiters durch eine Fertigung des erfindungsgemäßen Rahmenschwingers aus einem Metall, vorzugsweise einem martensitischen oder einem martensitaushärtbaren Stahl oder einer hochfesten Kupferlegierung, insbesondere einer Kupfer-Berylliumlegierung, erzielt werden.

Anforderungen an höchste Gebrauchsdauer des Rahmenschwingers kann Genüge geleistet werden, wenn das Kopfelement und/oder die Biegungsteile der Schwingelemente mit Fasern, vorzugsweise Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern, verstärkt ist (sind).

Eine vorteilhaft einfaches Anbringen aufgrund einer guten Zugänglichkeit von Meß- und Funktionsteilen sowie gegebenenfalls ein Wechseln bzw. ein Austauschen derselben ist bei einer Ausführungsform gegeben, bei der das Kopfelement stirnseitig mindestens eine Halterung zur vorzugsweise lösbaren Befestigung von Meß- und Funktionsteilen aufweist.

Wenn das Kopfelement und das Fußelement ein oder mehrere Montageelemente und/oder Befestigungsstellen zur Anbringung von zumindest einem Antriebselement aufweist (aufweisen), kann es mit Vorteil beim Bau von Analysengeräten mit geringem Platzbedarf eingesetzt werden, weil durch eine direkte Anbringung eines Antriebselementes an einem Rahmenschwinger besonders kompakte, platzsparende Bauweise verwirklicht werden kann.

Das weitere Ziel der Erfindung wird dadurch erreicht, daß bei einem gattungsgemäßen Spektrometer ein erfindungsgemäß ausgebildeter Rahmenschwinger um eine Achse drehbar an einem Bodenelement angebracht ist, welche Achse parallel zu den Biegungsteilen der jeweiligen Schwingelemente in Richtung von Fußelement zu Kopfelement verläuft.

Das erfindungsgemäß weitergebildete FT-Spektrometer weist im wesentlichen die Vorteile auf, daß bei den gegebenen Wirkungen eines Rahmenschwingers durch eine drehbare Lagerung bzw. Anbringung desselben ein bewegbarer Interferometerspiegel in eine beliebige Ausgangsposition gebracht werden kann, die als Ausgangs- und Endpunkt der Schwingungsbewegung dient. So kann bei einem Michelson-Interferometer der bewegbare Spiegel, dessen Oberfläche zur Erzielung einer Interferenz der überlagerten Teilstrahlen immer exakt normal zum einfallenden Lichtstrahl stehen soll, in einfacher Weise durch ein Neigen des Kopfelementes des Rahmenschwingers und/oder ein Drehen des Rahmenschwingers in diese Idealposition gebracht werden.

Eine erfindungsgemäß mögliche präzise Justierbarkeit eines bewegbaren Interferometerspiegels bringt im Meßbetrieb eine hohe Intensität an von diesem Spiegel in gewünschter Richtung reflektierter Strahlung mit sich, wodurch ein großer Anteil einer zu analysierenden Strahlung einen Detektor erreicht, so daß ein hohes Signal/Rausch-Verhältnis der Meßdaten erzielt wird bzw. bei vorgegebenem zu erzielenden Signal/Rausch-Verhältnis mit geringeren Lichtintensitäten gearbeitet werden kann.

Ein bewegter Interferometerspiegel ist rasch und auf einfache Weise exakt justierbar, ohne daß es dazu platzintensiver Justiergeräte bedarf. Dadurch läßt sich beim erfindungsgemäßen FT-Spektrometer eine minituriasierte und leichtgewichtige Bauweise verwirklichen, so daß das Spektrometer gegebenenfalls ohne Probleme von einer Person getragen bzw. von dieser mit dem Fahrrad zu einem neuen Einsatzort, beispielsweise einem anderen Meßort in einer Fabrik, gebracht werden kann. Dabei sind keine besonderen Vorkehrungen, wie eine vibrationsgedämpfende Lagerung des Spektrometers oder dergleichen Maßnahmen, notwendig. Überraschend hat sich gezeigt, daß das erfindungsgemäße Spektrometer eine außerordentliche Erschütterungsunempfindlichkeit aufweist und sogar nach Beförderung mit einem Fahrrad über holprige Werksstraßen unmittelbar in den meisten Fällen einsetzbar ist. Fallweise ist eine Justierung notwendig, die jedoch bei dem erfindungsgemäßen Spektrometer, in der angeführten günstigen Weise rasch und einfach durchführbar ist.

Es versteht sich, daß auch bei einem Austausch bzw. Ersatz eines bewegbaren Spiegels gegen einen anderen eine Justierung regelmäßig notwendig ist, und daß eine solche Justierung in ebenso günstiger Weise vorgenommen werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das erfindungsgemäße FT-Spektrometer zum Antrieb des einteiligen Rahmenschwingers eine Tauchspule auf, wodurch eine besonders leichtgewichtige Bauweise des FT-Spektrometers verwirklicht wird. Dabei kann in günstiger Weise durch eine 5

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Im folgenden sind beispielhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rahmenschwingers und des erfindungsgemäßen FT-Spektrometers anhand von Figuren illustriert.

Es zeigen:

Fig. 1: Ein erfindungsgemäßer Rahmenschwinger in einer Ausgestaltung.

Fig. 2: Ein erfindungsgemäßer Rahmenschwinger aus Fig. 1 in Seitenansicht.

Fig. 3: Einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen FT-Spektrometers in Stirnansicht.

Fig. 4: Ausschnitt aus Fig. 3 in Seitenansicht.

Fig. 5: Ausschnitt aus Fig. 3 in Draufsicht.

Fig. 6: Ein erfindungsgemäßes FT-Spektrometer in Draufsicht.

Fig. 7: Ein erfindungsgemäßes FT-Spektrometer in einer seitlichen Ansicht.

In den Figuren 1 bis 7 bezeichnen die Zahlen und Buchstaben:

1 2, 2' 201,201', 201", 201'" 3 4 5 6 7 8 9, 9' 9", 9"' 10 11 12, 12’ 13, 13’ 14 15 15a 15b 15c 15d 15e 16 17 18 19 20 21 22 23 A B C

Fußelement

Schwingelemente

Biegungsteile

Kopfelement

Trageinheit

Biegestelle

Befestigungseinheit

Justiermittelaufnahme

Justiermitteleingriff

Befestigungsmitteldurchführungsöffnung

Befestigungsmittelaufnahme

Ausnehmungen

Halterung

Montageelemente

Befestigungsstelle

Fourier Transformations (FT) - Spektrometer

Bodenelement

Platte

Zapfen

Justiermittel

Befestigungsmittel

Vibrationsdämpfungsplatte

Strahlungsquelle

Detektionseinheit partiell transparenter Spiegel fixierter Spiegel bewegbarer Spiegel

Tauchspule

Halterungen

Einheit zur elektronischen Verarbeitung der Meßdaten Längsachse Biegestelle

Versetzungsrichtung

Drehachse

Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Rahmenschwinger in einer möglichen Ausgestaltung. Ein Fußeiement 1 ist mit einem Kopfelement 3 über Schwingelemente 2, 2' verbunden, welche Schwingelemente 2, 2' zur Ermöglichung einer Versetzungsbewegung des Kopfelementes 6

AT 410 374 B 3 mit elastischen, flächig ausgeformten Biegungsteilen 201, 201', 201", 201'" ausgestaltet sind. Durch eine Krafteinwirkung auf das Kopfelement 3 bei gleichzeitiger Fixierung des Fußelementes 1 erfolgt eine Auslenkung der Biegungsteile 201, 201', 201", 201'", wodurch eine planparallele Versetzung des Kopfelementes 3 gegenüber dem Fußelement 1 in Richtung B ermöglicht wird.

Weiters weist das Fußelement 1 eine Biegestelle 5 mit einer Längsachse A auf, welche eine Trageinheit 4 mit einer Befestigungseinheit 6 des Fußelementes 1 schwenkbar verbindet. Ist nun eine exakte Parallelstellung des Kopfelementes 3 gegenüber einem Befestigungsteil des Fußelementes 1 nicht mehr gegeben, zum Beispiel aufgrund mechanischer und/oder thermischer Einwirkungen auf den Rahmenschwinger, so kann eine gewünschte Idealstellung durch Schwenken der Trageinheit 4 bzw. der von dieser Einheit getragenen Elemente um im wesentlichen die Längsachse A erreicht werden.

Flächig ausgeformte Montageelemente 12, 12' zur Befestigung eines elektromagnetischen Antriebes können gemäß Fig. 1 in platzsparender Weise innenseitig eines Rahmenschwingers an der Trageinheit 4 bzw. dem Kopfelement 3 ausgebildet sein. In der dargestellten Ausgestaltung weist ein Kopfelement 3 Ausnehmungen 10 und/oder eine stirnseitig angebrachte Halterung 11 zur Befestigung von Meß- und Funktionsteilen auf, wodurch ein verringertes Gewicht des Rahmenschwingers und eine gute Zugänglichkeit der Meß- und Funktionsteile beim Austausch derselben erreicht wird.

In Fig. 2 ist ersichtlich, daß jeweils in der Trageinheit 4 und in der Befestigungseinheit 6 zur Befestigung des Rahmenschwingers Befestigungsmitteldurchführungsöffnungen 9, 9' und Befestigungsmittelaufnahmen 9", 9'", welche Öffnungen und Aufnahmen jeweils miteinander korrespondieren, ausgenommen sind. Damit ein Schwenken bzw. ein Festlegen der Position in einer günstig exakten Weise erfolgen kann, ist in der Befestigungseinheit 6 eine Justiermittelaufnahme 7 und in der Trageinheit 4 ein mit dieser korrespondierender Justiermitteleingriff 8 vorgesehen. Die Justiermittelaufnahme 7 nimmt dabei beispielsweise haltend eine Stellschraube auf, welche in ein Gewinde des Justiermitteleingriffes 8 eingreift. Ein Anziehen der Stellschraube bewirkt eine Verringerung des Spaltwinkels zwischen Trageinheit 4 und Befestigungseinheit 6; bei Lockerung der Stellschraube vergrößert sich aufgrund der Elastizität der Biegestelle der Spaltwinkel. Ferner weist das Kopfelement 3 zu einer Reduktion des Rahmenschwingergewichtes Ausnehmungen 10 auf.

Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen FT-Spektrometers 14 in Stirnansicht, wobei der Ausschnitt einen Rahmenschwinger und einen bewegbaren Spiegel 20 einschließt. Der Spiegel 20 ist zu einem einfachen Hantieren bei einem Austausch stirnseitig am Rahmenschwinger angebracht, wodurch ferner auch die Reflexionsfläche des Spiegels 20 bei senkrechtem Strahlungseinfall auf dieselbe Fläche vollständig zugänglich ist. Der Rahmenschwinger ist über dessen Befestigungseinheit 6 mit einer Platte 15a verbunden, welche Platte 15a ihrerseits über einen Zapfen 15b im FT-Spektrometer 14 befestigt sein kann.

In Fig. 4 ist der Ausschnitt eines erfindungsgemäßen FT-Spektrometers 14 aus Fig. 3 in Seitenansicht gezeigt. Zu einer einfachen stirnseitigen Anbringung des Spiegels 20 am Rahmenschwingerweist das Kopfelement 3 stirnseitig eine Halterung 11 auf. Eine Tauchspule 21 dient zur Anregung einer Schwingungsbewegung und ist dazu am Kopfelement 3 an einem endseitigen Montageelement 12 angebracht und am Fußelement 1 bzw. an der Trageinheit 4 mit Schrauben an dafür vorgesehenen Befestigungsstellen 13, 13' befestigt. Durch einen Zapfen 15b, der in eine korrespondierende Ausnehmung am FT-Spektrometer 14 eingreift, kann eine Platte 15a um eine Achse C drehbar im FT-Spektrometer 14 angebracht werden. Um eine gewünschte Einstellung einer Position des Spiegels 20 normal zum einfallenden Lichtstrahl zu erreichen, ist es nun lediglich notwendig, durch ein Drehen um die Achse C und Einstellen der Neigung des Kopfelementes 3 gegenüber der Befestigungseinheit 6 diese Position festzulegen, welche Einstellungen rasch erfolgen können.

In Fig. 5 ist des Ausschnitt eines erfindungsgemäßen FT-Spektrometers 14 aus Fig. 3 in Draufsicht dargestellt. Justiermittel 15c zur Einstellung der Neigung des Kopfelementes 3 gegenüber der Befestigungseinheit 6 und Befestigungsmittel 15d zur Anbringung des Rahmenschwingers an einer Platte 15a sind in einfacherWeise kopfseitig zugänglich.

Es versteht sich für den Fachmann, daß eine alternative Realisierungen der Drehachse C, beispielsweise durch einen am Rahmenschwinger bodenseitig angeformten Drehzapfen und/oder gleichwertige Ausgestaltungen, von der Erfindung mitumfaßt sind. 7

Claims (12)

1. AT 410 374 B Fig. 6 zeigt ein erfindungsgemäßes FT-Spektrometer 14 im Gesamten, wobei die Spiegelanordnung der des bekannten Michelson-Interferometers entspricht. Zu analysierendes Licht, welches beispielsweise das durch eine Analysenprobe durchgelassene Licht einer Weißlicht emittierenden Strahlungsquelle 16 sein kann, trifft auf einen partiell transparenten Spiegel 18 und wird von demselben teilweise in Richtung des fixierten Spiegels 19 durchgelassen, teilweise in Richtung des bewegbaren Spiegels 20 reflektiert. Sowohl vom bewegbaren Spiegel 20 als auch vom fixierten Spiegel 19 werden die geteilten Lichtstrahlen reflektiert und nach Durchgang durch den partiell transparenten Spiegel 18 bzw. nach Reflexion an demselben im rückseitigen Bereich des partiell transparenten Spiegels 18 wieder überlagert. Eine gleichzeitige Bewegung des Spiegels 20 bewirkt dabei je nach Entfernung vom partiell transparenten Spiegel 19 bekanntermaßen positive oder negative Interferenz, welche mit einem Detektor 17 registriert wird. Eine Justierung des bewegbaren Spiegels 20 kann in vorstehend beschriebener Weise rasch dadurch erzielt werden, daß bei einer gegebenen Position des bewegbaren Spiegels 20 der durch den Detektor 17 registrierte und von einem Ausgabegerät angezeigte Meßwert maximiert wird. Fig. 7 zeigt eine seitliche Ansicht des FT-Spektrometers 14 aus Fig. 6. Optische Elemente bzw. Halterungen für dieselben, wie Rahmenschwinger mit bewegbarem Spiegel 20 und angebrachter Tauchspule 21 und Halterungen 22 für Spiegel und Detektoreinheit, sind an einer zu einer Unterdrückung von störenden Erschütterungen auf einer Vibrationsdämpfungsplatte 15e angebracht. An eine Bodenplatte 15 schließt eine Einheit 23 zur elektronischen Verarbeitung der Meßdaten mit zumindest einer Schnittstelle zur Weiterleitung der Daten an ein Ausgabegerät, wie einen Bildschirm, und/oder eine andere Rechnereinheit auf. Auch eine elektronische Steuerung der Justiermittel und/oder eine automatische Nachjustierung bei geringster Fehlstellung eines bewegbaren Spiegels 20 im Betrieb kann selbstverständlich vorgesehen sein und gegebenenfalls über Funk- oder Kabelverbindung ferngesteuert vorgenommen werden. Es versteht sich für den Fachmann, daß ein erfindungsgemäßes FT-Spektrometer mit weiterem optischen Zubehör, wie Blenden, Filter, Lichtwellenleiter und dergleichen Teile ausgestattet werden bzw. mit solchen verbunden sein kann. Ein erfindungsgemäßes FT-Spektrometer 14 eignet sich vorteilhaft zur in-situ Analyse von Reaktionsumsätzen unter variierenden Bedingungen, beispielsweise bei hohen Vibrationen und/ oder hohen Temperaturschwankungen, während einer Messung bzw. während einer Meßserie. PATENTANSPRÜCHE: 1. Rahmenschwinger zur Bewegung von Meß- und Funktionsteilen in Analysengeräten, aufweisend ein Fußelement (1) und ein gegenüberliegendes und mit diesem über Schwingelemente (2, 2') verbundenes Kopfelement (3), wobei die Schwingelemente (2, 2') Biegungsteile (201, 20T, 201", 20T") aufweisen, welche bei Fixierung des Fußelementes (1) und Krafteinwirkung auf das Kopfelement (3) eine Versetzungsbewegung desselben gegenüber dem Fußelement (1) ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenschwinger einteilig ausgebildet ist und daß dessen Fußelement (1) aus einer Trageinheit (4) und einer Befestigungseinheit (6), welche über eine Biegestelle (5) verbunden sind, gebildet ist, wobei die Biegestelie (5) zum Schwenken der Trageinheit (4) gegenüber der Befestigungseinheit (6) des Fußelementes (1) eine Längsachse (A) aufweist, die parallel zum Kopfelement (3) und quer zur Versetzungsrichtung (B) desselben verläuft.
2. 2. Rahmenschwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegestelle (5) an einer außenseitig liegenden Zone der Trageinheit (4) anschließend ausgebildet ist.
3. 3. Rahmenschwinger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Befestigungseinheit (6) eine Justiermittelaufnahme (7) und in der Trageinheit (4) ein mit dieser korrespondierender Justiermitteleingriff (8) angeordnet sind.
4. 4. Rahmenschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegestelle (5) eine minimale Dicke von zumindest 5 mal, vorzugsweise von zumindest 20 mal, der minimalen Dicke der Biegungsteile (201, 201', 201", 20T") der Schwingelemente (2, 2') aufweist. 8 AT 41 0 374 B
5. 5. Rahmenschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinheit (4) mindestens eine achsial gerichtete Befestigungsmitteldurchführungsöffnung (9, 9') und die Befestigungseinheit (6) eine damit korrespondierende Befestigungsmittelaufnahme (9", 9"') bzw. damit korrespondierende Befestigungsmittelaufnahmen (9", 9"'), vorzugsweise zumindest jeweils zwei Paare, aufweisen.
6. 6. Rahmenschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfelement (3) eine oder mehrere Ausnehmungen (10) aufweist.
7. 7. Rahmenschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmenschwinger aus einem Metall, vorzugsweise einem martensitischen oder einem martensitaushärtbaren Stahl oder einer hochfesten Kupferlegierung, insbesondere einer Kupfer-Berylliumlegierung, gefertigt ist.
8. 8. Rahmenschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfelement (3) und/oder die Biegungsteile (201, 20T, 201", 20T") der Schwingelemente (2, 2') mit Fasern, vorzugsweise Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern, verstärkt ist (sind).
9. 9. Rahmenschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfelement (3) stirnseitig mindestens eine Halterung (11) zur vorzugsweise lösbaren Befestigung von Meß- und Funktionsteilen aufweist.
10. 10. Rahmenschwinger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopfelement (3) und das Fußelement (1) ein oder mehrere Montageelemente (12, 12') und/oder Befestigungsstellen (13, 13') zur Anbringung von zumindest einem Antriebselement aufweist (aufweisen).
11. 11. Fourier Transformations (FT) - Spektrometer (14) zur Bestimmung von chemischen Zusammensetzungen, insbesondere zur in-situ Analyse von Reaktionsumsätzen, aufweisend ein Bodenelement (15) und darauf mittel- oder unmittelbar angebracht gegebenenfalls eine oder mehrere Strahlungsquellen (16), ein Interferometer und eine Detektionseinheit (17) zum Nachweis elektromagnetischer Strahlung, wobei das Interferometer aus einem partiell transparenten Spiegel (18), einem fixierten Spiegel (19) und einem entlang einer Bahn vor-und zurückbewegbaren Spiegel (20) besteht, wobei der verschiebbare Spiegel (20) zur Bewegung mit einem mechanisch oder elektromagnetisch angetriebenen Rahmenschwinger, welcher Rahmenschwinger ein Fußelement (1) und ein gegenüberliegendes und mit diesem über Schwingelemente (2, 2') verbundenes Kopfelement (3) aufweist, verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildeter Rahmenschwinger um eine Achse (C) drehbar an einem Bodeneiement (15) angebracht ist, welche Achse (C) parallel zu den Biegungsteilen (201, 201201", 201"') der jeweiligen Schwingelemente (2, 2') in Richtung von Fußelement (1) zu Kopfelement (3) verläuft.
12. 12. Fourier Transformations (FT) - Spektrometer (14) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das FT-Spektrometer (14) zum Antrieb des einteiligen Rahmenschwingers eine Tauchspule (21) aufweist, welche vorzugsweise unmittelbar mit Kopfelement (3) und Fußelement (1) des Rahmenschwingers lösbar verbunden ist. HIEZU 3 BLATT ZEICHNUNGEN 9