DE19914109C2 - Halterung für einen Schwingquarz - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Halterung für einen als Scheibe ausgebildeten und beidseitig Metallschichten als elektrische Kontaktierungsflächen aufweisenden Schwingquarz sowie eine Quarzmikrowaage, die eine derartige Halterung sowie ein hieran angepaßtes Steckmodul umfaßt.

Die empfindliche Erfassung von Massenänderungen mit Hilfe von Quarzmikrowaagen wird bereits seit einigen Jahren erfolgreich angewendet. Beispielsweise wird eine derartige Meßtechnik bei der Anwendung von Oberflächenvergütungsverfahren eingesetzt, beispielsweise beim Aufdampfen von Metallen oder Metalloxiden. Das Verfahren beruht auf der Erkenntnis, daß auf einen mit dessen Eigenfrequenz schwingenden Schwingquarz aufgebrachte Masse eine leicht meßbare Schwingungsfrequenzänderung des Quarzes verursacht. Mit der Frequenzverschiebung können leicht Massenänderungen, die nur wenigen Atomlagen des aufgebrachten Materials entsprechen, detektiert werden. Die Eigenfrequenz des Quarzes beträgt je nach eingesetztem Schwingquarz von etwa 1 MHz bis zu etwa 10 MHz. Die dabei feststellbare Frequenzänderung, die in einem großen Frequenzbereich proportional zur Menge des aufgebrachten Materials ist, kann sehr genau ermittelt werden. Die der Frequenzänderung entsprechende Massenänderung kann nach der Gleichung von Sauerbrey errechnet werden:

Dabei sind Δf die meßbare Frequenzänderung auf Grund der Massenänderung Δm des Quarzes,
f₀ die Eigenfrequenz des Quarzes ohne zusätzliche Massenbelegung,
A die geometrische Elektrodenoberfläche des Quarzes,
µ_Q der Schermodul des Quarzes und
ρ_Q die Dichte des Quarzes.

Das Prinzip dieser Messung beruht darauf, daß die verwendeten synthetischen piezoelektrischen Quarze bei elektrischer Anregung im Megahertz-Bereich eine Scherschwingung ausführen. Die Schwingungsfrequenz ist abhängig von der Dicke des Quarzes und von der auf dem Quarz aufgebrachten zusätzlichen Masse, beispielsweise einer aufgedampften Metallschicht.

Die Messung der Massenänderung Δm mit der Quarzmikrowaage wird seit etwa fünfunddreißig Jahren nicht nur bei Beschichtungsverfahren im Vakuum angewendet, sondern auch bei elektrochemischen Versuchen, bei denen eine Seite des Schwingquarzes in vollständigen Kontakt mit einer Flüssigkeit steht ("The Quart Microbalance: A Novel Approach to the In-Situ Investigation of Interfacial Phenomena at the Solid/Liquid Junction" von R. Schumacher in Angew. Chemie, Int. Ed., Band 29 (1990), Seiten 329 bis 438). Bei dieser Anwendung haben bisher überwiegend wissenschaftliche Fragestellungen im Vordergrund gestanden, die sich bei der Untersuchung von Phasengrenzflächenreaktionen in flüssigen Medien stellen. Zusammen mit weiteren Untersuchungsmethoden, beispielsweise der Messung der differentiellen Kapazität und des Ladungsflusses durch die Phasengrenzfläche ermöglicht diese Technik nähere Einsicht in Grenzflächenreaktionen. Beispielsweise ist diese Technik empfindlich genug, um auch die Anwesenheit von Adsorbaten auf dem Quarz zu detektieren.

Die Schwingquarze werden als dünne Plättchen hergestellt, die mit einer elektronischen Oszillatorschaltung in Scherschwingungen parallel zur Oberfläche der Plättchen angeregt werden. Um die Erregerschwingungen auf den Quarz zu übertragen, werden Kontaktierungselektroden an die Quarzoberflächen angelegt. Hierzu werden großflächig Metallschichten auf beide Oberflächen des Plättchens beispielsweise aufgedampft oder aufgesputtert, die mit der Erregerschaltung elektrisch verbunden werden. Die Schwingungsfrequenz des Quarzes wird mit üblichen Meßmethoden registriert. Beispielsweise werden in dem Aufsatz von R. Schumacher, ibid., Hinweise auf geeignete Oszillatorschaltungen gegeben.

Beispielsweise ist aus US-A-4,917,499 eine Vorrichtung zur Analyse von Konta­ minationen in gasförmiger Umgebung bekannt. In dieser Vorrichtung sind Schwingquarze enthalten, die mit einer elektrischen Erregerschaltung elektrisch verbunden sind, wobei die Kontaktierungsflächen der Quarze über Federn elek­ trisch kontaktiert werden. Es werden mehrere derartiger Federn für jeden Quarzkristall verwendet. Diese Federn sind in Bohrungen eingelassen. Bei der Montage der Schwingquarze in die Halterung werden die Federn gegen die Kontaktierungsflächen des Schwingquarzes gedrückt und vermitteln auf diese Weise den elektrischen Kontakt. Aus dieser Druckschrift ist auch bekannt, daß diese Federn verwendet werden, um eine gleichmäßige Verteilung der Kräfte gegen die Kristalle zu erreichen.

Aus US-A-4,561,286 ist ein piezoelektrischer Kontaminationsdetektor zur Ana­ lyse in gasförmiger Umgebung bekannt. Auch in diesem Falle werden zwei Meßkristalle verwendet, die über Federn elektrisch mit Zuführungen verbunden sind.

Problematisch ist, daß die Schwingquarze in diesen Ausführungsformen nicht leicht auswechselbar in einer Halterung montiert sind.

Im Gegensatz zu Anwendungen, bei denen die Schwingquarze in einer gasförmigen Umgebung eingesetzt werden, ergeben sich beim Einsatz von Schwingquarzen, die in Kontakt mit Flüssigkeit stehen, spezifische Probleme: Zum einen muß sorgfältig darauf geachtet werden, daß keine Flüssigkeit an die elektrischen Zuleitungen zu den Kontaktierungselektroden auf dem Quarz gerät und erst recht nicht in Kontakt mit der elektronischen Erregerschaltung. Gleichzeitig muß aber auch gewährleistet sein, daß die Erregung der Quarzschwingungen durch die Halterung des Quarzes nicht behindert wird (R. Schumacher, ibid.). Diese beiden Forderungen gleichzeitig zu erfüllen, ist häufig schwierig, da zweckmäßigerweise Halterungen verwendet werden, bei denen der Quarz nicht eingeklebt wird, sondern bei der die Dichtigkeit mit leicht montier- und lösbaren Dichtmitteln erreicht werden soll, beispielsweise Rundschnurringen zur Abdichtung gegen eindringende Flüssigkeit. Mit diesen Dichtmitteln wird der Quarz mechanisch eingespannt, so daß die Oszillation behindert werden kann.

Als problematisch hat sich ferner herausgestellt, daß die Fähigkeit der Quarze, in einer Flüssigkeit anzuschwingen, sehr viel geringer ist als beim Einsatz in gasförmiger Umgebung oder im Vakuum. In letzterem Falle können die Quarze dagegen sehr leicht erregt werden. Werden die Quarze in eine Flüssigkeit eingetaucht, wirkt diese wie eine Bremse, da sie die Scherschwingung dämpft. Die gegen ein Eindringen von Flüssigkeit in das Innere der Meßzelle getroffenen Maßnahmen behindern die Erregung des Quarzes noch zusätzlich, so daß die Quarzschwingung insgesamt leicht instabil werden kann.

Vor allem bei der Überwachung von galvanotechnischen Bädern scheidet sich fortwährend Metall auf dem Schwingquarz ab, so daß das abgeschiedene Metall intermittierend immer wieder vom Quarz entfernt werden muß. Während des hierzu gewünschten schnellen Auflösungsprozesses bricht die Schwingungserregung regelmäßig zusammen, so daß die Schwingungserregung nach Abschluß des Auflösungsvorganges wieder in Gang gesetzt werden muß. Nach etlichen Zyklen dieser Abscheidungs- und nachfolgenden Auflösungsvorgänge müssen die Quarze regelmäßig ausgetauscht werden, um zur erneuten Kontaktierung frische Metallschichtelektroden auf beide Quarzseiten aufzubringen. Bei der erneuten Montage des Quarzes ist sowohl auf die geringe mechanische Stabilität der Quarzplättchen, die Dichtigkeit der Meßapparatur gegen eindringende Flüssigkeit als auch auf die reproduzierbare Schwingungserregung der Quarze zu achten. Unter diesen Gesichtspunkten garantieren die bisher verfügbaren Techniken zur Montage der Quarzplättchen keinen problemlosen Austausch, da zumindest einige der vorgenannten Probleme fast immer auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt von daher das Problem zugrunde, die Nachteile der bisher bekannten Quarzmikrowaagen zu vermeiden und insbesondere eine Vorrichtung zu finden, mit der eine reproduzierbare Schwingungserregung des Quarzes auch unter den technischen Bedingungen gewährleistet wird, die bei einem Einsatz zur Überwachung galvanotechnischer Bäder vorherrschen. Vor allem muß auch sichergestellt werden, daß die Badflüssigkeit nicht in die Vorrichtung eindringt, daß der Schwingquarz einfach auswechselbar ist und nach einer ausreichend langen Zeitspanne, während sich Metall auf den Kontaktierungsflächen abscheidet, mit einem elektrolytischen Verfahren von abgeschiedenem Metall wieder problemlos befreit werden kann.

Ferner soll die Halterung auch derart ausgebildet sein, daß ein sicheres An­ schwingverhalten des Schwingquarzes auch nach dem Ablösen von bereits vorher auf den Schwingquarz abgeschiedenem Material erreicht wird.

Gelöst wird dieses Problem durch die erfindungsgemäße Halterung nach Anspruch 1 und die Quarzmikrowaage nach Anspruch 11. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient als Halterung für einen als Scheibe ausgebildeten und beidseitig Metallschichten als elektrische Kontaktierungsflächen aufweisenden Schwingquarz. Wesentliche Bestandteile dieser Halterung sind zwei formschlüssig miteinander verbindbare Halteelemente. Außerdem sind mindestens zwei mit den Kontaktierungsflächen des Schwingquarzes in elektrischen Kontakt bringbare Kontaktelemente an den Halteelementen vorgesehen. Die Halterung ist so ausgebildet, daß der Schwingquarz mit den Halteelementen und/oder den Kontaktelementen einspannbar ist. Um die vorgenannten Probleme zu lösen, ist mindestens eines der Kontaktelemente als elastischer Körper ausgebildet.

Zu den Kontaktelementen sind elektrische Zuführungen vorgesehen.

Die Halterung wird insbesondere in einer Quarzmikrowaage eingesetzt, die im eingangs beschriebenen Sinne zu wissenschaftlichen Untersuchungen von elektrochemischen Vorgängen an Phasengrenzflächen und zur Überwachung von Beschichtungsvorgängen, beispielsweise in galvanotechnischen Verfahren, aber auch bei Vakuumbeschichtungsverfahren, verwendet werden kann. Die Quarzmikrowaage ist gebildet durch die erfindungsgemäße Halterung, einschließlich des Merkmals, daß mindestens eines der Kontaktelemente als elastischer Körper ausgebildet ist, und durch ein weiteres Steckmodul, mit dem die Halterung lösbar verbunden werden kann. Das Steckmodul weist eine elektronische Oszillatorschaltung zur Erregung des Schwingquarzes mit dessen Eigenfrequenz auf. Ferner sind elektrische Zuführungen von der Oszillatorschaltung über Steckkontakte zwischen der Halterung und dem Steckmodul zu den Kontaktelementen vorgesehen.

Mit der erfindungsgemäßen Halterung ist es erstmalig möglich, Schwingquarze leicht auswechselbar in einer Halterung mit der Maßgabe zu montieren, daß die Quarzoszillationen reproduzierbar erzeugt werden können, selbst nachdem auf dem Schwingquarz abgeschiedenes Metall in einem anodischen Auflösungsvorgang schnell wieder abgelöst worden ist und selbst nachdem derartige Abscheidungs- und Auflösungsvorgänge mehrfach durchgeführt worden sind.

Es wird vermutet, daß die mit den bekannten Vorrichtungen beobachteten Probleme auf eine nicht ausreichend gute elektrische Kontaktierung der Kontaktierungsflächen am Schwingquarz beim Montieren des Quarzes zurückzuführen waren. Indem nun ein elastischer Körper als Kontaktelement eingesetzt wird, kann ein großflächiger elektrischer Kontakt zwischen den Kontaktierungsflächen am Schwingquarz und den Kontaktelementen reproduzierbar hergestellt werden. Selbst wenn minimale Ungenauigkeiten bei der Montage des Schwingquarzes vorkommen, die zu einem Verkanten der Kontaktelemente gegenüber den Kontaktierungsflächen am Quarz führen, wird ein sicheres Aufliegen der Kontaktierelemente auf den Kontaktierungsflächen des Schwingquarzes gewährleistet. Durch die erfindungsgemäße Anordnung kann auch eine formschlüssige Verbindung der Halteelemente anstelle beispielsweise einer Klebeverbindung gewählt werden, da offensichtlich Ungenauigkeiten beim Einspannen des Quarzes nicht zu einer Verschlechterung der elektrischen Kontaktierung führen. Dies beruht wohl darauf, daß das elastische Kontaktelement Toleranzen ausgleichen kann.

Indem für die Quarzmikrowaage ein Steckmodul eingesetzt wird, mit dem die Halterung lösbar verbunden werden kann, kann ferner erreicht werden, daß die Schwingquarze schnell und problemlos ausgetauscht werden können, wenn ein Schwingquarz nach mehrmaligen Abscheidungs- und Auflösungsvorgängen nicht mehr verwendbar ist. Dadurch muß der erhöhte Montieraufwand für einen Schwingquarz bei einem Austauschvorgang des Quarzes in der Quarzmikrowaage durch einen anderen nicht geleistet werden. Bei der gewählten Konzeption umfaßt das Steckmodul die für die Schwingungserregung des Quarzes benötigte elektronische Schaltung. Daher wird beim Wechsel des Quarzes nicht auch die Schaltung ausgewechselt; es wird also nur eine elektronische Schaltung benötigt. Durch den geringen räumlichen Abstand zwischen dem Schwingquarz und der Erregerschaltung im Steckmodul wird das Anschwingverhalten weiter verbessert.

Vorzugsweise ist der elastische Körper als Feder mit zueinander parallelen und zur elektrischen Kontaktierung des Schwingquarzes dienenden Stirnflächen ausgebildet. Dabei kann diese Feder mindestens einen mittleren und zwei äußere, stapelweise zueinander angeordnete Ringe und/oder Scheiben umfassen, wobei jeweils zwei Ringe und/oder Scheiben über mindestens einen Steg miteinander verbunden und die Stege zwischen zwei Ringen und/oder Scheiben gegenüber Stegen zwischen benachbarten Ringen und/oder Scheiben versetzt angeordnet sind.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Feder einen mittleren und zwei äußere, stapelweise zueinander angeordnete Ringe und/oder Scheiben auf, wobei jeweils zwei Ringe und/oder Scheiben über zwei einander gegenüberliegende Stege miteinander verbunden und die zwei Stege zwischen dem mittleren und dem einen äußeren Ring und/oder der Scheibe gegenüber den zwei Stegen zwischen dem mittleren und dem anderen äußeren Ring und/oder der Scheibe um jeweils etwa 90° zueinander versetzt angeordnet sind.

Mit dieser Ausbildung des elastischen Körpers wird eine weitgehende Austarierung der Kippkräfte an der Feder erreicht. Bei herkömmlichen Federn besteht im Gegensatz hierzu die nachteilige Tendenz, daß Kippkräfte nicht in allen Richtungen gleichmäßig groß sind. Dadurch wird eine sichere Auflage der Stirnflächen der Kontaktelemente auf den Kontaktierungsflächen des Schwingquarzes nicht mehr ohne weiteres gewährleistet.

Die Austarierung von auf die Stirnflächen der Feder wirkenden Kippkräften wird umso eher erreicht, je mehr Stege zwischen zwei Ringen und/oder Scheiben vorgesehen sind. Allerdings wird die Federkonstante mit zunehmender Anzahl der Stege auch größer, so daß ein Optimum bei zwei Stegen zwischen zwei Ringen und/oder Scheiben besteht.

In einer alternativen Ausführungsform kann die Feder mindestens zwei stapelweise zueinander angeordnete Ringe und/oder Scheiben umfassen, die jeweils durch mindestens zwei Stege miteinander verbunden sind, wobei alle Stege zwischen zwei Ringen und/oder Scheiben einen gleichen Winkel von etwa 10° bis etwa 80° zur Federachse ausbilden. Durch Einstellen eines Winkels von etwa 10° bis etwa 80° zwischen den Stegen und der Federachse und durch die Wahl des Materials und der Materialstärke der Stege wird die Federkonstante eingestellt. Auch mit dieser Konstruktion wird eine weitgehende Austarierung der Feder gegen Kippkräfte erreicht.

In einer weiteren Ausführungsform kann der elastische Körper auch als hydraulisches Element mit zueinander parallelen und zur elektrischen Kontaktierung des Schwingquarzes dienenden Stirnflächen ausgebildet sein. Beispielsweise könnte das Element als hohler Rundschnurring ausgebildet sein, der mit Gas oder Flüssigkeit gefüllt ist, und der zwischen zwei Ringen und/oder Scheiben mit den zur Kontaktierung dienenden Stirnflächen angeordnet ist. Alternativ könnte das elastische Kontaktelement auch zwei Scheiben umfassen, deren eine einen mit Gas oder Flüssigkeit gefüllten Hohlraum aufweist, in dem über die Scheibenfläche gleichmäßig verteilt Präzisionsbohrungen mit darin eingepaßte Stempel eingebracht sind. Die zweite Scheibe stützt sich in diesem Falle gegen die hydraulisch bewegbaren Stempel ab.

Zum leichten und schnellen Einspannen des Schwingquarzes wird die Halterung so ausgeführt, daß die Halteelemente miteinander verschraubbar oder über einen Bajonettverschluß miteinander verbindbar sind. Zum Austausch des Quarzes werden in diesem Falle lediglich die Haltelemente auseinandergeschraubt bzw. der Bajonettschluß gelöst, der alte Schwingquarz aus der Vorrichtung entnommen und nach dem Montieren eines neuen Quarzes die Halteelemente wieder miteinander verschraubt bzw. der Bajonettverschluß geschlossen.

Zum Einsatz der Halterung in einer Quarzmikrowaage tritt eine Seite des Schwingquarzes mit dem sich außerhalb der Halterung befindenden fluiden Medium (Gas oder Flüssigkeit) in Kontakt. Hierzu ist das eine Kontaktelement scheibenförmig (für die Rückseitenkontaktierung) und das andere Kontaktelement ringförmig (für die Vorderseitenkontaktierung) ausgebildet, wobei die Kontaktelemente jeweils mit auf der Achse der Verschraubung oder des Bajonettschlusses senkrecht stehenden und zur elektrischen Kontaktierung des Schwingquarzes dienenden metallischen Stirnflächen ausgestattet sind. Die Stirnseite des ringförmigen Kontaktelementes ist naturgemäß ebenfalls ringförmig, so daß das fluide Medium im Bereich innerhalb der ringförmigen Öffnung an der Stirnseite an die eine Seite des Schwingquarzes gelangen kann.

Zur einfachen und sicheren Kontaktierung beider Quarzkontaktierungsflächen sind in diesem Falle beide Kontaktelemente mit einem der Halteelemente lösbar verbunden. Damit das fluide Medium mit der einen Seite des Schwingquarzes in Kontakt treten kann, ist das Halteelement ringförmig ausgebildet, mit dem die Kontaktelemente nicht verbunden werden. Das ringförmige Kontaktelement wird auf der dem ringförmigen Halteelement zugewandten Seite des Schwingquarzes montiert, so daß sich außerhalb der Halterung befindendes fluides Medium mit der einen Seite des eingespannten Schwingquarzes in Kontakt treten kann.

Zur nachfolgenden Erläuterung der Erfindung wird auf die Fig. 1 bis 4 verwiesen. Es zeigen:

Fig. 1: Explosionszeichnung der Halterung in Seitenansicht;

Fig. 2: Draufsicht auf einen Schwingquarz;

Fig. 3: Draufsicht und Schnitt einer Feder in einer ersten Ausführungsform;

Fig. 4: Draufsicht und Schnitt einer Feder in einer zweiten Ausführungsform.

In Fig. 1 sind die einzelnen Bestandteile einer erfindungsgemäßen Halterung dargestellt. Das eine Halteelement, bestehend aus dem Korpus 6 und dem Endstück 3, und das andere Halteelement 14 sind als miteinander verschraubbare Teile ausgeführt. Die Gewinde in den beiden Halteelementen sind mit den Bezugsziffern 15 und 16 bezeichnet.

Der Korpus 6 ist mit dem Endstück 3 ebenfalls verschraubbar. Die Gewinde in den Teilen 3 und 6 sind mit den Bezugsziffern 17 und 18 bezeichnet.

Im Korpus 6 ist im Innenbereich ein Vorsprung 19 vorgesehen, auf dem das Kontaktelement 5 aufliegen kann. Dieses Kontaktelement besteht aus Metall, beispielsweise aus Messing, und ist als Scheibe mit der Kontaktfläche 20 ausgebildet. Durch Einschrauben des Endstückes 3 in den Korpus 6 wird das Kontaktelement 5 fixiert.

Der Schwingquarz 7 wird von der rechten Seite in Fig. 1 in den Korpus 6 eingesetzt. Durch den Vorsprung 19 wird ein lichter Querschnitt gebildet, in den der Schwingquarz 7 aufgenommen werden kann.

Von der rechten Seite in Fig. 1 wird ferner das zweite Kontaktelement 9 mit dem Schwingquarz 7 in Kontakt gebracht. Dieses Kontaktelement ist nicht als Scheibe ausgebildet sondern als ringförmiges Teil. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist Kontaktelement 9 elastisch und kann sich zur Herstellung eines optimalen elektrischen Kontaktes zum Schwingquarz 7 gut auf der Schwingquarzoberfläche aufliegen.

Der Schwingquarz 7 besitzt piezoelektrische Eigenschaften. Mechanische Schwingungen können durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Quarz erzeugt werden, z. B. wenn ein mit Hochfrequenz im MHz-Bereich moduliertes elektrisches Feld im Quarz erzeugt wird. Hierzu sind metallische Elektroden an der Vorder- und an der Rückseite der Quarzscheibe anzubringen, beispielsweise durch Aufsputtern. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, zuerst eine dünne Chromschicht aufzubringen und danach eine Kupfer-, Nickel- Platin- und/oder eine Goldschicht. Die Schichten weisen auf der Vorder- und der Rückseite die in Fig. 2 gezeigte Form auf (Vorderseite: mit durchgezogenen Begrenzungslinien markierte und schraffierte Fläche; Rückseite: mit strichlierten Begrenzungslinien markierte Fläche).

Von der Rückseite (in Fig. 1 von der linken Seite) her wird der Schwingquarz 7 mit dem Kontaktelement 5 kontaktiert, indem die ringförmige Kontaktfläche 20 der Kontaktscheibe des Kontaktelementes 5 auf der Rückseiten-Metallschicht des Schwingquarzes 7 aufliegt. Von der Vorderseite wird der metallische Randbereich 32 auf dem Quarz 7 über die ringförmige Stirnfläche 34 des elastischen Kontaktelements 9 kontaktiert, indem diese Stirnfläche ausschließlich im Randbereich des Quarzes 7 aufliegt.

Das elastische Kontaktelement 9 ist in dieser Ausführungsform als aus Metall bestehende Feder, beispielsweise aus Messing, ausgebildet. Eine bevorzugte Ausführungsform dieser Feder ist in Fig. 3 im Detail in einer Draufsicht (oben) und im Schnitt (unten) dargestellt. Das Kontaktelement 9 ist im wesentlichen aus drei Ringen aufgebaut: einem mittleren Ring 21 und zwei äußeren Ringen 22 und 23, die stapelweise zueinander angeordnet sind.

Die Ringe sind über Stege 24 zwischen den Ringen 21 und 23 und Stege 25 zwischen den Ringen 21 und 22 miteinander verbunden. Die Stege 24 liegen um 180° versetzt einander gegenüber. Gleiches gilt auch für die Stege 25. Die Stege 24 sind gegenüber den Stegen 25 um 90° versetzt.

Durch die spezielle Anordnung der Stege 24, 25 wird eine weitgehende Austarierung der Kippkräfte an der Feder 9 erreicht, deren Kippneigung gegen die Federachse 33 in allen Richtungen ungefähr gleich groß ist. Dadurch wird erreicht, daß sich die dem Schwingquarz 7 zugewandte Stirnfläche 34 des Ringes 22 sehr gut an die Kontaktierungsfläche 32 auf dem Schwingquarz 7 anschmiegt und somit einen sehr guten elektrischen Kontakt ergibt. Dies Ergebnis wird auch dann erhalten, wenn durch ungenügend genaue Fertigung der Einzelteile der Halterung keine exakte Planparallelität der Komponenten zueinander möglich ist und Toleranzen daher mit der Feder 9 ausgeglichen werden müssen.

In einer alternativen Ausführungsform (Fig. 4) sind lediglich zwei Stege vorgesehen, nämlich ein Steg 124 zwischen den Ringen 121 und 123 und ein Steg 125 zwischen den Ringen 121 und 122.

Das elastische Kontaktelement 9 wird durch eine Kontaktplatte 10 in der gewünschten Stellung fixiert. Diese Kontaktplatte ist ebenfalls ringförmig ausgebildet, um einen Zutritt von fluidem Medium zur einen Seite des Schwingquarzes 7 zu ermöglichen (rechte Seite in Fig. 1). Die Kontaktplatte 10 weist am inneren Rand des Ringes eine Auswölbung 26 auf, die dazu dient, das Kontaktelement 9 exakt an der gewünschten Stelle im Korpus 6 zu fixieren.

Die Kontaktplatte 10 ist mit dem Korpus 6 verschraubbar, um den Schwingquarz 7 und das elastische Kontaktelement 9 in der gewünschten Stellung zu fixieren. Hierzu dienen die Schrauben 11 und 12, die in die zugehörigen Bohrungen 27, 28 einschraubbar sind. Hierzu ist für die Schraube 11 eine Gewindebohrung 27 im Korpus 6 vorgesehen. Für die Schraube 12 ist eine Bohrung ohne Gewinde 28 vorgesehen. Die Schraube 12 wird mit dem Kontaktstift 4 verschraubt, der hierzu an einem Ende ein Gewinde 29 aufweist.

Zur Abdichtung des Korpus 6 und insbesondere der Rückseite des Schwingquarzes 7 und der elektrischen Zuführungen gegen eindringende Flüssigkeit wird das weitere Halteelement 14 auf den Korpus 6 aufgeschraubt. Das Halte-Element 14 liegt im montierten Zustand mit der Lippe 30 über einen Rundschnurring 8 auf der Vorderseite des Schwingquarzes 7 auf und sichert dessen Sitz noch zusätzlich.

Zur Zuführung elektrischer Impulse an die Kontaktelemente 5 und 9 sind die Kontaktstifte 1 und 4 vorgesehen, die in entsprechende Steckverbindungen in einem hier nicht gezeigten Steckmodul eingepaßt sind. Der Kontaktstift 1 ist im vorliegenden Fall über ein Adapterstück 2 mit dem Stift 31 des rückseitigen Kontaktelementes 5 verbunden.

Die vorstehend beschriebene Halterung wird über die Kontaktstifte 1 und 4 mit dem Steckmodul befestigt, in dem sich eine Oszillatorschaltung zur Erregung des Schwingquarzes befindet. Zur Abdichtung der Trennfuge zwischen der Halterung und dem Steckmodul gegen eindringende Flüssigkeit ist ein Rundschnurring 13 vorgesehen, mit dem ein sicherer Sitz des Halteelements 14 gegen das Steckmodul erreicht wird. Das Steckmodul ist mit einer geeigneten weiteren Halterung in dem Badbehälter für die zu untersuchende Badflüssigkeit oder an der experimentellen Versuchszelle in bekannter Weise befestigt.

Als Oszillatorschaltung ist eine übliche Schaltungsanordnung mit einem Schwingkreis (beispielsweise Wienbrückenoszillator mit einer Amplitudenregelung) einsetzbar.

Bezugszeichenliste

1

Kontaktstift

2

Adapterstück zum Kontaktstift

1

3

Endstück

4

Kontaktstift

5

Kontaktelement

6

Korpus

7

Schwingquarz

8

Rundschnurring

9

elastisches Kontaktelement, Feder

10

Kontaktplatte

11

Schraube

12

Schraube

13

Rundschnurring

14

Halteelement

15

Außengewinde am Korpus

6

16

Innengewinde am Halteelement

14

17

Außengewinde am Endstück

3

18

Innengewinde am Korpus

6

19

Vorsprung im Korpus

6

20

Kontaktfläche am Kontaktelement

5

21

,

121

mittlerer Ring der Feder

9

22

,

122

äußerer Ring der Feder

9

23

,

123

äußerer Ring der Feder

9

24

,

124

Stege zwischen den Ringen

21

,

121

und

23

,

123

25

,

125

Stege zwischen den Ringen

21

,

121

und

22

,

122

26

Auswölbung an der Kontaktplatte

10

27

Gewindebohrung im Korpus

6

28

Bohrung im Korpus

6

29

Gewinde im Kontaktstift

4

30

Lippe am Halteelement

14

31

Stift am Kontaktelement

5

32

vorderseitige Kontaktierungsfläche am Schwingquarz

7

33

,

133

Federachse

34

,

134

Stirnfläche des Kontaktelements

9

Claims (11)

1. Halterung für einen als Scheibe ausgebildeten und beidseitig Metallschichten als elektrische Kontaktierungsflächen aufweisenden Schwingquarz, die zwei formschlüssig lösbar miteinander verbundene Halteelemente und mindestens zwei mit den Kontaktierungsflächen des Schwingquarzes in elektrischen Kon­ takt gebrachte Kontaktelemente an den Halteelementen aufweist, wobei der Schwingquarz mit den Halteelementen und/oder den Kontaktelementen einge­ spannt wird, und wobei mindestens eines der Kontaktelemente als elastischer Körper ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das mindestens eine elastische Kontaktelement (9) eine Stirnfläche (34, 134) zur elektrischen Kontaktierung des Schwingquar­ zes (7) aufweist, deren Größe etwa der Größe des Schwingquarzes entspricht.

2. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Körper (9) als Feder mit zueinander parallelen und zur elektrischen Kontaktie­ rung des Schwingquarzes (7) dienenden Stirnflächen (34, 134) ausgebildet ist.

3. Halterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (9) min­ destens einen mittleren (121) und zwei äußere (122, 123), stapelweise zuein­ ander angeordnete Ringe und/oder Scheiben umfaßt, wobei jeweils zwei Ringe und/oder Scheiben über mindestens einen Steg (124, 125) miteinander verbun­ den und die Stege (124) zwischen zwei Ringen und/oder Scheiben (121, 123) gegenüber Stegen (125) zwischen benachbarten Ringen und/oder Scheiben (121, 122) versetzt angeordnet sind.

4. Halterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (9) ei­ nen mittleren (21) und zwei äußere (22, 23), stapelweise zueinander angeordne­ te Ringe und/oder Scheiben umfaßt, wobei jeweils zwei Ringe und/oder Scheiben über zwei einander gegenüberliegende Stege (24, 25) miteinander verbun­ den und die zwei Stege (24) zwischen dem mittleren und dem einen äußeren Ring und/oder der Scheibe (21, 23) gegenüber den zwei Stegen (25) zwischen dem mittleren und dem anderen äußeren Ring und/oder der Scheibe (21, 22) um jeweils etwa 90° zueinander versetzt angeordnet sind.

5. Halterung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (9) min­ destens zwei stapelweise zueinander angeordnete Ringe und/oder Scheiben (21, 22, 23) umfaßt, die jeweils durch mindestens zwei Stege (24, 25) miteinander verbunden sind, wobei alle Stege zwischen zwei Ringen und/oder Scheiben einen gleichen Winkel von etwa 10° bis etwa 80° zur Federachse ausbilden.

6. Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kontaktelement (9) als hydraulisches Element mit zueinander parallelen und zur elek­ trischen Kontaktierung des Schwingquarzes (7) dienenden Stirnflächen (34, 134) ausgebildet ist.

7. Halterung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Halteelemente (3, 6, 14) miteinander verschraubt oder über einen Bajonettverschluß miteinander verbunden sind.

8. Halterung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Kontakt­ element scheibenförmig und das andere Kontaktelement ringförmig, beide je­ weils mit auf der Achse der Verschraubung oder des Bajonettverschlusses senkrecht stehenden und zur elektrischen Kontaktierung des Schwingquarzes (7) dienenden metallischen Stirnflächen (20, 34, 134), ausgebildet ist.

9. Halterung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kontakt­ elemente (5, 9) mit einem der Halteelemente (3, 6) lösbar verbunden sind, daß das andere Halteelement (14) ringförmig ausgebildet ist, und daß das ringförmi­ ge Kontaktelement auf der dem ringförmigen Halteelement zugewandten Seite des Schwingquarzes (7) angeordnet ist, so daß sich außerhalb der Halterung befindendes fluides Medium mit der einen Seite des eingespannten Schwing­ quarzes in Kontakt gebracht werden kann.

10. Halterung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß elektrische Zuführungen (1, 2, 4, 10) zu den Kontaktelementen (5, 9) vorgesehen sind.

11. Verwendung einer Halterung für einen als Scheibe ausgebildeten und beid­ seitig Metallschichten als elektrische Kontaktierungsflächen aufweisenden Schwingquarz in einer Quarzmikrowaage, die ferner ein Steckmodul aufweist, mit dem die Halterung lösbar verbunden ist und das mit einer elektronischen Oszillatorschaltung zur Erregung des Schwingquarzes mit dessen Eigenfre­ quenz ausgestattet ist,
wobei die Halterung zwei formschlüssig miteinander verbundene Halteelemente und mindestens zwei mit den Kontaktierungsflächen des Schwingquarzes in elektrischen Kontakt gebrachte Kontaktelemente an den Halteelementen auf­ weist, der Schwingquarz mit den Halteelementen und/oder den Kontaktelemen­ ten eingespannt wird und mindestens eines der Kontaktelemente als elasti­ scher Körper ausgebildet ist,
wobei ferner elektrische Zuführungen von der Oszillatorschaltung zu den Kon­ taktelementen über Steckkontakte zwischen der Halterung und dem Steckmo­ dul vorgesehen sind und
das mindestens eine elastische Kontaktelement (9) eine Stirnfläche (34, 134) zur elektrischen Kontaktierung des Schwingquarzes (7) aufweist, deren Größe etwa der Größe des Schwingquarzes entspricht.