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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft einen Probenhalter, wie er zur Befestigung von Proben, z.B. für die Röntgenspektroskopie oder die Mikroskopie, verwendet wird.
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Stand der Technik
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Probenhalter dienen der Befestigung von Proben, wobei sie eine örtliche Fixierung einer Probe gewährleisten.
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Einfache Probenhalter, wie sie vornehmlich aus der Mikroskopie bekannt sind, sind z.B. in der
DE 20 2012 104 395 U1 und der
DE 20 2012 102 044 U1 offenbart. In diesem Typ eines Probenhalters, werden die Proben mit Klemmen fixiert.
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In verschiedenen aus dem Stand der Technik bekannten Druckschriften werden Probenhalter offenbart, in denen eine Probe mittels einer Feder fixiert wird und die für diverse Anwendungsbereiche (Mikroskopie, Werkstückbearbeitung etc.) ausgelegt sind. Insbesondere sind hier zu nennen die
DE 20 2014 006 597 U1 ,
DE 10 2014 203 500 B3 ,
DE 1 623 009 A ,
GB 970 104 A und die
US 2013/ 002 7026 A .
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Zusätzlich zu der durch einen Federdruck erfolgten Fixierung einer Probe weist der in der
DE 20 2010 017 304 U1 offenbarte Probenhalter eine Kombination mit Klemmen zur Halterung einer Probe auf. Probenklemmen sind auch für den in der
DE 1 623 333 A1 offenbarten Probenhalter zusätzlich zu Federn vorgesehen. Hier ist die Probe gegen den Federdruck in der Höhe verstellbar und auch lateral verschiebbar, wie es für Probenhalter für Anwendungen in der Mikroskopie bekannt ist.
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Die
EP 0 905 425 A2 beschreibt ein Befestigungselement zum Festlegen beliebiger Bauteile an einer hinterschnittenen Befestigungsöffnung mit einem in diese einsetzbaren Stützteil, das im Inneren der Befestigungsöffnung verdrehbar ist und dabei die Befestigungsöffnung begrenzende Haltevorsprünge hintergreift, mit einer separaten Gegenhalteplatte, die außen an den Haltevorsprüngen abstützt, sowie mit einem elastischen Element. Das elastische Element, das von einer Feder unterstützt wird, verbindet dabei das Stützteil und die Gegenhalteplatte, wobei das Verbindungsteil am Stützteil drehbar befestigt und in seiner Längsrichtung längenanpassbar ist, wenn das Befestigungselement an der Befestigungsöffnung festgelegt ist.
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Ein Probenhalter ist in der
DE 35 00 982 A1 offenbart, der den nächsten Stand der Technik bildet. Der Probenhalter weist eine scheibenförmige Druckplatte und eine auf die Druckplatte wirkende, konzentrisch in einem Becher angeordneten Kegelfeder zur kraftschlüssigen Halterung einer Probe in axialer, d.h. parallel zur Senkrechten einer Messfläche, Richtung auf. Mit Hilfe der Druckplatte und der auf sie wirkenden Kegelfeder können Proben unterschiedlicher Höhe sicher in dem Probenbecher gehalten werden. Darüber hinaus weist der Probenhalter keinerlei Flexibilität auf betreffend die übrigen Abmessungen, Breite und Tiefe, einer Probe. Auch ist ein Probenwechsel mit dem offenbarten Probenhalter aufwändig.
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Aufgabenstellung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Probenhalter anzugeben, der Proben verschiedener Größe flexibel fixieren kann und dabei einfach zu bedienen ist.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Der erfindungsgemäße Probenhalter weist eine Basisplatte auf. Die Basisplatte dient zum einen der Befestigung mindestens einer Schiene und zum anderen zur Befestigung oder Einpassung des Probenhalters an einem durch ein gewähltes Messvorhaben vorbestimmten Ort, wie zum Beispiel dem Probenort in einem Röntgenspektrometer. Die Basisplatte ist aus einem dem Messvorhaben angepassten Material gefertigt, wie z.B. Metall oder Kunststoff, insbesondere Edelstahl. Zur Befestigung des Probenhalters an einem Probenort, zum Anbringen weiterer Komponenten oder der flexiblen Fixierung der Schienen ist die Basisplatte in vorteilhafter Weise mit Mitteln zur Befestigung versehen. Die Mittel zur Befestigung sind dabei z.B. vorgefertigte Bohrungen zur Aufnahme von Schraub- oder Steckverbindungen sowie vorgefertigte Halterungen, wie Ösen, Haken und dergleichen.
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Auf der Basisplatte ist mindestens eine Schiene befestigt. Die Befestigung kann dabei dauerhaft, z.B. durch eine Schweißnaht oder einteilige Ausbildung mit der Basisplatte, oder reversibel durch entsprechende Befestigungsmittel erfolgen. Durch die mindestens eine Schiene sind mindestens zwei Führungen für die Probenhalteklammer bereitgestellt, die sich parallel zur Basisplatte erstrecken. In vorteilhafter Weise, wie es auch einer Ausführungsformentspricht, sind zwei Schienen vorgesehen, die jeweils mindestens eine Führung aufweisen, z.B. auf den jeweils voneinander abgewandten Seiten. Die Führung ist z.B. eine Nut, wobei die Nut auch durch eine Aussparung an der Schiene im Verbund mit der Basisplatte gebildet sein kann. Die Nut ist dabei nicht nur zur Passung einer einfachen Feder auslegbar. Andere Passformen, auch solche, die sich nicht als Steckverbindung ergeben, wie z.B. eine Nut mit T-Profil, fallen mit hierunter. Als Führung kann auch eine Feder, die z.B. gerade, gebogen oder mit T-Profil ausgeführt ist, an der Schiene vorgesehen sein. Die Führung für die Probenhalteklammer ist dabei formschlüssig zu einem entsprechenden Gegenpart an der Probenhalteklammer ausgeführt. Die Ausformung kann dabei jeweils kinematisch umgekehrt erfolgen. Entlang der Schienen sind die Probehalteklammern stufenlos verschiebbar. Die Schiene ist aus einem dem Messvorhaben angepassten Material gefertigt, wie z.B. Metall oder Kunststoff, insbesondere Edelstahl.
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Auf der Basisplatte ist weiterhin mindestens eine Kegelfeder angebracht. Die Befestigung der mindestens einen Kegelfeder und weiterer ist dabei dauerhaft, z.B. durch eine Schweißnaht oder reversibel, durch entsprechende Befestigungsmittel realisiert. Auf der mindestens einen Kegelfeder ist die Druckplatte angeordnet. Die Federkonstante der verwendeten mindestens einen Kegelfeder ist an die zur Fixierung der Probe benötigte bzw. deren Druckfestigkeit nicht übersteigende Kraft angepasst. Die Druckplatte ist dabei einfach auf die mindestens eine Kegelfeder aufgelegt oder mit dieser reversibel oder dauerhaft verbunden. In vorteilhafter Weise sind mehrere Kegelfedern angebracht, wie es einem Ausführungsbeispiel entspricht. Die mehreren Kegelfedern erhöhen die Stabilität des Probenhalters gegenüber Störungen, da die Druckplatte an mehreren Orten gestützt ist, und verbessern dadurch auch die Handhabung des Probenhalters, da die Federkraft auf mehrere Orte verteilt ist und die Bewegung der Druckplatte entgegen der Federkraft kontrollierbarer ist. Insbesondere vorteilhaft sind Kegelfedern, deren Radius, Höhe und Stärke des Drahts eine Stauchung der Kegelfeder bis auf die Grundfläche des Kegels (Dicke des Drahts) erlauben und somit einen maximalen Federweg ermöglichen. Dies verlängert den Weg, um den die Druckplatte nach unten verbracht werden kann, und erhöht damit die Flexibilität des Probenhalters. Weiterhin sehr vorteilhaft ist der Einsatz von Kegelfedern, da die Kraft bei diesen progressiv ist, d.h. die Kraft nimmt nicht linear zu, wodurch ein Montieren dickerer Proben sowie deren Handhabung erleichtert wird. Die Kegelfedern sind aus einem dem Messvorhaben angepassten Material gefertigt, insbesondere Edelstahl.
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Die Druckplatte ist aus einem dem Messvorhaben angepassten Material gefertigt, wie z.B. Metall oder Kunststoff, insbesondere Edelstahl.
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Der Probenhalter weist weiterhin erfindungsgemäß mindestens eine Probenhalteklammer auf. Die Probenhalteklammer hat im Wesentlichen ein U-förmiges Profil und reicht dabei von einer ersten Führung für die Probenhalteklammer an der mindestens einen Schiene über die Druckplatte hinweg bis zu einer zweiten Führung. Die mindestens eine Probenhalteklammer weist dabei ein auf das Profil der jeweiligen Schiene angepasstes Profil, z.B. eine Nut oder Feder auf. Die mindestens eine Probenhalteklammer ist bei niedergedrückter Druckplatte längs der Schiene beweglich. Eine Probe wird zwischen die Druckplatte und die Probenhalteklammer eingespannt. In vorteilhafter Weise, wie es auch einer Ausführungsform entspricht, weist der Probenhalter zwei Probenhalteklammern auf, wodurch eine Probe von zwei Seiten einspannbar ist und somit stabiler fixiert. Das Profil der Probenhalteklammer, speziell die Ausformung oberhalb der Druckplatte, die zum Spannen von Proben genutzt wird, ist beliebig ausführbar und an Anforderungen, die durch eine Probengeometrie vorgegeben sind, anpassbar. So ist das Profil z.B. mit einem Falz versehbar. Die Probenhalteklammer ist aus einem dem Messvorhaben angepassten Material gefertigt, wie z.B. Metall oder Kunststoff, insbesondere Edelstahl.
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Die einzelnen Bauteile, Basisplatte, Schiene bzw. Schienen, Kegelfeder bzw. Kegelfedern, Druckplatte und Probenhalteklammer bzw. Probenhalteklammern, sind in ihrer Dimensionierung aufeinander abgestimmt und wirken dabei form- und kraftschlüssig (Probenhalteklammern und Druckplatte) zum Spannen von Proben zusammen.
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Durch die Beweglichkeit der Probehalteklammern längs der Schiene und die Beweglichkeit der Druckplatte längs des Federwegs der Kegelfeder ist ein in seinen Abmessungen variabler Raum für die Aufnahme von Proben verschiedener Größe und Form gegeben. Die maximalen Ausmaße einer aufnehmbaren Probe sind dabei durch die Länge der Führungen für die Probenhalteklammern und den Federweg bestimmt, wobei eine dritte Ausdehnung einer Probe nicht durch den Probenhalter limitiert ist. Im Falle, dass nur eine Probenhalteklammer angeordnet ist, gibt es eine weitere Ausdehnung, die nicht durch den Probenhalter limitiert ist. Die minimalen Ausmaße einer aufnehmbaren Probe sind durch die Handhabbarkeit begrenzt. Der Probenhalter ist durch entsprechende Dimensionierung an unterschiedliche Probengrößen anpassbar. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Probenhalters liegen dabei in der beschriebenen Flexibilität bezüglich der Probengröße und der leichten Handhabbarkeit, die auch die zum Probenwechsel benötigte Zeit gegenüber dem Stand der Technik verringert. Ebenfalls vorteilhaft sind die Möglichkeiten, zum einen Materialien, die für den Probenhalter verwendet werden, an Probenumgebungen, wie z.B. UHV, anzupassen und zum anderen den Probenhalter durch z.B. an eine Probenart angepasste Wahl der Federkonstanten an bestimmte Proben anzupassen.
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In einer Ausführungsform ist an der mindestens einen Schiene ein Federhalter, z.B. in Form eines Stifts befestigt, dessen freies Ende durch eine hierfür an der Druckplatte vorgesehen Führung geführt ist. An dem freien Ende kann eine Blattfeder vorgesehen sein, wie es auch dem Ausführungsbeispiel entspricht, die auf die Druckplatte drückt. Der Stift ist auch auf der Basisplatte montierbar. Die Anbringung von Stift bzw. Stift und Blattfeder führt zu einer Versteifung des Probenhalters, wodurch dieser stabiler wird. Der Stift und die Blattfeder sind aus einem dem Messvorhaben angepassten Material gefertigt wie z.B. Metall oder Kunststoff, insbesondere Edelstahl.
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Figurenliste
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Die Erfindung soll in einem Ausführungsbeispiel und anhand von einer Figur näher erläutert werden.
- Die 1 zeigt eine schräge Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel eines Probenhalters.
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In der 1 ist ein Ausführungsbeispiel für einen erfindungsgemäßen Probenhalter gezeigt. Der Probenhalter weist eine Basisplatte 1 auf, auf der zwei Schienen 2 angebracht sind. Aussparungen an den Schienen 2 bilden zusammen mit der Basisplatte 1 Nuten zur Führung der zwei Probenhalteklammern 5. Zwischen der Basisplatte 1 und der Druckplatte 4 sind Kegelfedern 3 angeordnet. Die Druckplatte 4 und die Schienen 2 sind über Federhalter 6 und Blattfedern 7 gegeneinander versteift. In der 1 ist außerdem eine eingespannte Probe 8 (Wafer) gezeigt. Zum Schutz der einzuspannenden Proben sind an den Probehalteklammern 5, im Ausführungsbeispiel, Dämpfer 9 angebracht.
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Im Ausführungsbeispiel sind die Dämpfer 9 aus einem Fluorkautschuk gefertigt. Alle Kegelfedern 3 und Schrauben sind aus Edelstahl und die übrigen Teile (Basisplatte 1, Druckplatte 4, Probenhalteklammern 5, Federhalter 6 und Blattfedern 7) aus vernickeltem Aluminium, ausgelegt für UHV.
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Durch die Beweglichkeit der Probehalteklammern 5 längs der Schienen 2 und der Beweglichkeit der Druckplatte 4 längs des Federwegs der Kegelfedern 3 ist ein in seinen Abmessungen variabler Raum für die Aufnahme von Proben verschiedener Größe und Form gegeben. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Probenhalters liegen dabei insbesondere in der beschriebenen Flexibilität bezüglich der Probengröße und der leichten Handhabbarkeit, die auch die zum Probenwechsel benötigte Zeit gegenüber dem Stand der Technik verringert.
