WO2022198248A1

WO2022198248A1 - Vorrichtung zur bestimmung chemisch-physikalischer eigenschaften in einem tribologischen system

Info

Publication number: WO2022198248A1
Application number: PCT/AT2022/060072
Authority: WO
Inventors: Michele SCHIRRU; Fabio TATZGERN; Markus VARGA; Andreas Pauschitz
Original assignee: Ac2T Research Gmbh
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2022-03-11
Publication date: 2022-09-29
Also published as: AT524895A1

Abstract

Die Vorrichtung (1) zur Bestimmung chemisch-physikalischer Eigenschaften in einem tribologischen System umfasst einen freiformgeometrischen Körper (3) mit einer Kontaktzone (27), zumindest zwei mit dem Körper (3) akustisch gekoppelte piezoelektrische Wandler (2), von denen zumindest einer als Sender (2a) und zumindest einer als Empfänger (2b) wirkt, wobei eine vom Sender (2a) abgestrahlte Ultraschallwelle (81) in der Kontaktzone (27) unter Winkel (Θ1) ungleich 90° auftrifft und der Empfänger (2b) von der Kontaktzone (27) reflektierte Wellenfronten (9) erfasst. Der Körper (3) bildet mit einem anderen Körper und einer dazwischen befindlichen Zwischenschicht (5) ein tribologisches System. Die Vorrichtung (1) erfasst gleichzeitig mehrere der chemisch-physikalischen Eigenschaften des tribologischen Systems durch Modenumwandlung der vom Sender (2a) abgestrahlten Ultraschallwelle (81) in gleichzeitig Longitudinal- (23), Scher- (24) und Oberflächen- (25, 26) Ultraschallwellen, wobei der Empfänger (2b) alle reflektierten Ultraschallwellenmoden (23, 24, 25, 26) gleichzeitig empfängt und aus den empfangenen Messsignalen den tribologischen Kontakt beschreibende Parameter erfasst werden.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung chemisch-physikalischer Eigenschaften in einem tribologischen System

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung chemisch-physikalischer Eigenschaften in einem tribologischen System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs E

Beispielshafte Elemente (Körper) eines tribologischen Systems, im Folgenden auch als Tribosystem bezeichnet, sind u.a. in der ÖNORM M8121 oder DES! 50323 oder DES! 50324 beschrieben. In geschmierten Systemen können diese durch eine Triboschicht getrennt sein (Gutierrez Guzman, Francisco Gerardo Antonio, Stratmann, Andreas, Burghardt, Gero, Jacobs, Georg; „Influence of Run-in Procedures on the Formation of Anti-wear Films in Planetary Gears“; VDI-Bericht 2255,1 411-420 (2015)).

Zum Stand der Technik gehören Verfahren zur Verwendung von Ultraschallsignalen, die durch Reflexion von, orthogonal zu einer Oberfläche einfallenden, Ultraschallwellen entstehen und durch einen einzelnen piezoelektrischen Wandler, welcher gleichzeitig als Sender und Empfänger wirkt, erfasst werden. Diese Verfahren umfassen die Bestimmung von physikalischen Eigenschaften, wie beispielweise Aggregatszustand, Filmdicke, Scherviskosität, oder von chemischen Eigenschaften, wie z.B. Bildung und Abbau von Oberflächenschichten, oder von physikalischen Eigenschaften, die sich aus der Messung der Modenkombination ableiten, wie beispielweise die Messung von Grenzflächenspannungen.

Zum Stand der Technik gehören, neben piezoelektrischen Wandlern, ebenso piezoresistive Wandler, welche eine auf den Wandler einwirkende Kraft oder Dehnung in eine Spannung umwandeln und das Messsignal zur Bestimmung von Kraft und Dehnung verwenden (US9157845).

In einer Reihe von Veröffentlichungen (US20040045356, US20180372695) ist eine Methodik zur Umwandlung der Reflexion von Ultraschallwellen in eine Bestimmung der Filmdicke erläutert. In W02020070481A1 ist die Messung von mehrschichtigen dünnen Körpern beschrieben. Diese Veröffentlichungen berücksichtigen nur die Ultraschallreflexion orthogonal zu einer Oberfläche einfallender Ultraschallwellen, nicht aber die Transmission und Reflexion von Ultraschallquellen unter anderen Winkellagen.

Ultraschallreflexionen im Schermodus oder Oberflächenwellen werden zur Bestimmung von Material ab trag (US8679019B2), Viskosität einer Flüssigkeit (US10794870B2) und chemischer Absorption am instrumentierten Körper verwendet (A. Mujahid und F.L. Dickert: “Surface Acoustic Wave (SAW) for Chemical Sensing Applications of Recognition Layers.” Sensors 17.12 (2017): 2716.).

Dwyer-Joyce et al. beschreibt die Messung der Filmdicke der flüssigen Zwischenschicht in einem Tribosystem. In diesem Fall wird als Ultraschallquelle eine einzelne, für eine Punktmessung fokussierende 5 O-MHz-Tauch -Ul traschall sonde verwendet, die sich in einem Wasserbad befindet und den Abstand zur nicht bewegten Komponente des Tribosystem erfasst. (R.S. Dwyer-Joyce, B.W. Drinkwater, und C.J. Donohoe: “The measurement of lubricant-film thickness using ultrasound.” Proceedings of the Royal Society of London. Series A, 459.2032 (2003): 957-976.).

Alle genannten Verfahren und Vorrichtungen unterliegen Einschränkungen in ihrer Anwendbarkeit bzw. sind auf die Bestimmung einzelner spezifischer Eigenschaften von Tribosystemen ausgerichtet.

Aus dem Dokument US 6360610 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Ziel dieser Vorrichtung ist es mittels Verwendung von Ultraschallwellen im Schermodus einen Zusammenbruch eines Schmierfilms zwischen zwei Dichtungsflächen zu erkennen. Andere Moden als die Scherwellen der Ultraschallwellen werden ignoriert. Insbesondere ist die bekannte Vorrichtung nicht dazu ausgebildet, eine Modenumwandlung von Schallwellen durchzuführen und auf einen Empfänger zu fokussieren, sodass der Empfänger gleichzeitig alle Moden empfangen kann. Darüber hinaus ist es mit der Messmethode von US 6360610_nicht möglich spezifische Eigenschaften des Schmierstoffs zu messen, sondern die Vorrichtung kann nur als Alarmsystem verwendet werden, um den Zusammenbruch des Schmierfilms zu detektieren. Dazu muss die gemessene Schallreflexion mit einer Referenz verglichen werden, was die Vorrichtung verkompliziert.

Das Dokument US 5663502 beschreibt ein Ultraschallverfahren zur Messung der Dicke einer Oxidschicht, die auf einem rohrförmigen Objekt vorhanden ist. Dazu werden Referenzrohre mit denselben Material eigenschaften und einer bekannten Oxidschichtdicke benötigt. Aus diesen Referenzmessungen kann mit Hilfe eines Frequenzmerkmalverfahrens eine Funktion zwischen Oxidschichtdicke und Frequenzmerkmal ermittelt werden, die bei unbekannten Oxidschichtdicken - die die gleichen Materialeigenschaften aufweisen müssen - zur Bestimmung der unbekannten Dicke verwendet wird. Dieses Verfahren beschränkt sich auf die Detektion von Frequenzmerkmalen und ist darüber hinaus auf die Detektion der Oxidschichtdicke gleicher Art beschränkt. D.h. die Vorrichtung ist nicht dazu geeignet, mehrere tribologisch relevante physikalische und chemische Eigenschaften gleichzeitig zu detektieren.

Es besteht daher nach wie vor ein Bedürfnis an einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Bestimmung von mehr als einer chemisch-physikalischen Eigenschaft in einem tribol ogi sehen System. Diese Bestimmung der chemisch-physikalischen Eigenschaften soll darüber hinaus ohne Bezug auf Referenz- oder Vergleichswerte, d.h. referenzfrei, und transient erfolgen.

Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellen einer Vorrichtung zur Bestimmung chemisch-physikalischer Eigenschaften in einem tribologischen System mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen dargelegt. Diese erfmdungsgemäße Vorrichtung stellt eine Messvorrichtung zur gleichzeitigen, referenzfreien Bestimmung von mehr als einer physikalisch-chemischen Eigenschaft eines Tribosystems unter Verwendung von Ultraschall dar.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bestimmung chemisch-physikalischer Eigenschaften in einem tribologischen System umfasst einen Körper mit einer Körperoberfläche mit einer Kontaktzone, zumindest zwei mit dem Körper akustisch gekoppelte piezoelektrische Wandler, von denen zumindest einer als Sender und zumindest einer als Empfänger wirkt, wobei der Sender so akustisch mit dem Körper gekoppelt ist, dass eine von ihm orthogonal abgestrahlte Ultraschallwelle die Körperoberfläche in der Kontaktzone unter einem Winkel, welcher von 90° unterschiedlich ist, trifft und der Empfänger so angeordnet und mit dem Körper so akustisch gekoppelt ist, dass zumindest eine von der Kontaktzone reflektierte Wellenfront vom Empfänger erfasst wird, wobei die Körperoberfläche des Körpers mit einer interagierenden Oberfläche eines anderen Körpers und einer sich zwischen der Körperoberfläche des Körpers und der interagierenden Oberfläche des anderen Körpers befindlichen Zwischenschicht ein tribologisches System bildet, wenn der Körper der Vorrichtung in tribologischen Kontakt mit dem anderen Körper gebracht wird. Die Vorrichtung ist zur referenzfreien, transienten und gleichzeitigen Erfassung mehrerer der chemisch-physikalischen Eigenschaften des tribologischen Systems durch Modenumwandlung der vom Sender abgestrahlten Ultraschallwelle in gleichzeitig Longitudinal-, Scher- und Oberflächen-Ultraschallwellen oder eine Kombination derer mittels Reflexion an der Kontaktzone ausgebildet. Der zumindest eine Empfänger ist so positioniert, dass er alle reflektierten Ultraschallwellenmoden gleichzeitig empfängt. Die Vorrichtung erfasst aus den von dem zumindest einen Empfänger empfangenen Messsignalen den tribologi sehen Kontakt beschreibende Parameter, wie z.B. Aggregatszustand, Filmdicke, Scherviskosität, Grenzflächenspannungen, Bildung/ Abbau von Oberflächenschichten und/oder Relaxationszeit.

Scherwellen werden auch als Transversalwellen bezeichnet.

Für die bestmögliche Umsetzung der Anforderungen an die erfindungsgemäße Vorrichtung in die Praxis ist es bevorzugt, wenn der Körper der Vorrichtung ein freiformgeometrischer Körper ist.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die geometrische Form des Körpers in einem die Kontaktzone umfassenden, zwischen dem zumindest einen Sender und dem zumindest einen Empfänger liegenden Abschnitt konvex mit einem Radius ausgebildet, wobei der Radius zumindest in der Kontaktzone größer als 2 mm ist, wobei die Winkellage des zumindest einen Senders in Bezug auf die Kontaktzone und die Form der Kontaktzone so gewählt sind, dass die vom zumindest einen Sender abgestrahlten Ultraschallwellen so von der Kontaktzone reflektiert werden, dass sie in einem Phantomfokus fokussiert werden. Der Körper weist zumindest zwei Flächenbereiche aufweist, die die Positionierung des zumindest einen Senders und des zumindest einen Empfängers zueinander und in Bezug auf die Kontaktzone unter für die Modenumwandlung der Ultraschallwellen erforderlichen Winkeln ermöglichen, wobei die Oberflächenrauheit des Körpers im Bereich der Kontaktzone nicht größer ist als ein Zehntel der Wellenlängen der vom zumindest einen Sender abgestrahlten Ultraschallwellen.

Der Begriff „Phantomfokus“ wird in der Literatur auch gleichbedeutend als „Pseudofokus“ oder „pseudo focussing“ oder „scheinbarer Fokus“ bezeichnet. In diesem Text wird durchgehend der Begriff „Phantomfokus“ in dem Sinne verwendet, dass er auch die genannten alternativen Begriffe umfasst.

Der Körper der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bevorzugt als Stift ausgebildet, kann alternativ dazu aber auch als Kugel, Scheibe oder allgemein als ein Maschinenelement oder Teil eines Maschinen elements ausgebildet sein.

Bei einer in der Praxis äußerst einfach handhabbaren Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung einen Halter, an dem der Körper befestigbar ist, wobei die piezoelektrischen Wandler am Körper oder/oder am Halter befestigt sind. Bei einer Variante dieser Ausführungsform Vorrichtung ist zumindest ein piezoelektrischer Wandler mit dem Körper fest haftend verbunden und zumindest ein weiterer piezoelektrischer Wandler auf dem Halter fixiert. Wenn der Körper ein Lokalisierungsmerkmal, z.B. einen Vorsprung, oder eine Nut, aufweist, das eine eindeutige, nicht veränderliche Positionierung des Körpers im Halter während der Messsignalerfassung bewirkt, wird die Messsignalerfassung erleichtert und verbessert.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Körper für jeden piezoelektrischen Wandler eine Kontaktierungsschnittstelle, und die Körperoberfläche in der Kontaktzone eine variable akustische Impedanz, welche zur Zwischenschicht orientiert ist, aufweist.

In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist zumindest eine Senderoberfläche des zumindest einen Senders oder eine Empfängeroberfläche des zumindest einen Empfängers in ihrer Winkellage zur Kontaktierungsschnittstelle und/oder zur Kontaktzone auf der Körperoberfläche veränderbar.

In einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung ist zumindest eine Senderoberfläche des zumindest einen Senders oder zumindest eine Empfängeroberfläche des zumindest einen Empfängers in ihrer Winkellage zur Kontaktzone auf der Körperoberfläche dynamisch veränderbar, insbesondere durch thermische Einwirkung auf den Körper, wobei der höchste Energiebereich der von der Senderoberfläche abgestrahlten Ultraschallwellenfront in sequenziellen Schritten über die Kontaktzone in Form einer Flächenabrasterung geführt wird.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfängeroberfläche des zumindest einen Empfängers so am Ort eines Phantomfokus angeordnet ist, dass zumindest eine vom Bereich der Kontaktzone auf der Körperoberfläche reflektierte Wellenfront vom Empfänger erfasst wird.

Es ist gemäß der Erfindung auch vorgesehen, dass die von zumindest einem Empfänger erfasste Ultraschallenergie für die Rekonstruktion von ID- bis 3D-Reflexionsscans der Kontaktzone auf der Körperoberfläche und/oder der angrenzenden Zwischenschicht verwendet wird.

Weiters kann die von zumindest einem Empfänger erfasste Ultraschallenergie zur gleichzeitigen Bestimmung von mehr als einer chemisch-physikalischen Eigenschaft der im Bereich der Kontaktzone körperlich an die Körperoberfläche des Körpers anschließenden Zwischenschicht genutzt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die von zumindest einem Empfänger erfasste Ultraschallenergie zur gleichzeitigen Bestimmung des mittleren Abstands zwischen der Körperoberfläche des Körpers im Bereich der Kontaktzone und der interagierenden Oberfläche des anderen Körpers sowie der Schersteifigkeit der im Bereich der Kontaktzone an die Körperoberfläche des Körpers anschließenden Zwischenschicht verwendet.

Es ist bevorzugt, dass die von zumindest einem Empfänger erfasste Ultraschallenergie zur gleichzeitigen Bestimmung der Relaxationszeit, des Aggregatszustands und einer chemischen Veränderung der im Bereich der Kontaktzone an die Körperoberfläche des Körpers anschließenden Zwischenschicht dient.

Die erfmdungsgemäße Vorrichtung kann zur transienten Beobachtung der Dickenveränderung und viskoelasti sehen Eigenschaften einer Triboschicht, die sich durch chemische und physikalische Wechselwirkung zwischen den Komponenten des tribol ogi sehen Systems bildet, verwendet werden.

Eine weitere Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt in der gleichzeitigen Bestimmung der Dicke der Zwischenschicht, deren Scherviskosität, deren Schermodul und deren Relaxationszeit durch die Kombination von Amplitudenreflektometrie der erfassten Wellenmoden und deren Phaseninformationen.

Die vorliegende Erfindung weist gegenüber dem Stand der Technik zusammengefasst folgende Vorteile auf:

• die referenzfreie, transiente und gleichzeitige Erfassung von mehreren physikalischen Eigenschaften basierend auf Ultraschallreflexion, wie Aggregatszustand, Filmdicke, Scherviskosität, Grenzflächenspannungen; und mehreren chemischen Eigenschaften, wie Bildung und Abbau von Oberflächenschichten, Relaxationszeit;

• Die gezielte Umwandlung von Longitudinal-, Scher-, Oberflächen-Ultraschallwellen oder eine Kombination derer in gleichzeitig Longitudinal-, Scher- und Oberflächen- Ultraschallwellen durch Modenumwandlung bei Reflexion der Ultraschallwellen an der Kontaktzone;

• die Fokussierung der Ultraschallwellen auf die Kontaktzone via einem Phantomfokus, so dass der minimale Fokusdurchmesser in der Kontaktzone liegt; • die Positionierung des Empfängers oder eines Arrays von Empfängern, so dass alle reflektierten Ultraschallmoden von dem oder den Empfängern gleichzeitig empfangen werden;

• Zumindest eine Ultraschallwelle, welche unter einem Winkel, der von 90° zur Kontaktzone abweicht, auf die Kontaktzone auftrifft, wobei die Kontaktzone sich mit der Zwischenschicht im Kontakt befindet, sodass der höchstmögliche Anteil der Ultraschallwelle die Kontaktzone der Körperoberfläche passiert und in die Zwischenschicht eintritt und hierdurch das Signal-Rausch-Verhältnis, die Bestimmung von physikalisch-chemischen Eigenschaften der Zwischenschicht betreffend, maximiert wird.

• Eine spezielle Ausführungsform berücksichtigt die Integration zumindest eines piezoelektrischen Wandlers in einen Halter, um damit einerseits die Wiederverwendbarkeit zumindest eines Teils der Vorrichtung und andererseits die Optimierung der schalltechnischen Anordnung dieses piezoelektrischen Wandlers in Bezug zur Kontaktzone zu erzielen.

• Die piezoelektrischen Wandler können zur gleichzeitigen in-situ Bestimmung von zumindest 2 bis vorzugsweise 20 physikalisch-chemischen Eigenschaften eines Tribosystems (umfassend die Kontaktzone auf der Körperoberfläche, die Zwischenschicht und die interagierende Oberfläche eines weiteren Körpers) verwendet werden.

• Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung beinhaltet einen Mechanismus, mit welchem entweder die Flächenparallelität zwischen den piezoelektrischen Wandlern und Kontaktierungsschnittstellen beeinflusst, oder die Winkellage zwischen den piezoelektrischen Wandlern und der Kontaktzone verändert werden kann.

• Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung erzeugt eine Oberflächenwellenfront, welche zur Bestimmung bestimmter physikalisch-chemischer Eigenschaften der Kontaktzone und/oder der Zwischenschicht verwendet werden kann.

• Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung ermöglicht die Fokussierung von mehr als einer Ultraschallwelle, sowie durch Lageveränderung des Phantomfokus und dessen Überwachung, die Bestimmung von physikalisch-chemischen Eigenschaften in der Kontaktzone und/oder der Zwischenschicht.

• Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung in Form eines triboakustischen Stiftes ermöglicht die Fokussierung der reflektierten Ultraschallwellen via dem Phantomfokus. Ein Lokalisierungsmerkmal am oder im Körper ermöglicht eine eindeutige, zeitlich nicht veränderliche Positionierung des Körpers in einem dafür vorgesehenen Halter. • Eine Verbesserung des Federmodells für die Verwendung für piezoelektrische

Wandler unter einem Winkel abweichend von 90° zur Kontaktzone zur Bestimmung der Dicke der Zwischenschicht.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch als 2D- Querschnitt;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines tribologi sehen Kontakts als 2D-Querschnitt;

Fig. 3 eine Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1, bei welcher die Vorrichtung aus dem Körper, den piezoelektrischen Wandlern und einem Halter gebildet wird;

Fig. 4 eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Positionierung und Ausrichtung zumindest eines piezoelektrischen Wandlers durch einen im Halter integrierten Mechanismus.

Fig. 5 eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Veränderung der Ausrichtung zumindest eines piezoelektrischen Wandlers durch einem in Körper integrierten Mechanismus.

Fig. 6 eine Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 3 bis Fig. 5 zur Abstrahlung und Empfang einer Oberflächenwellenfront und einen schematisch dargestellten Pfad einer Oberflächenwelle zwischen Sender und Empfänger;

Fig. 7 eine beispielhafte Signalkurve erfasster Messdaten;

Fig. 8 eine Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 3 bis Fig. 5 mit schematischer Darstellung des Pfads von orthogonal von jedem Sender abgestrahlten Ultraschallwellenfronten und deren schematischen Pfaden zwischen Sender und Empfänger, sowie eine sich daraus ergebende Lage des Phantomfokus;

Fig. 9 eine Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1 und Fig. 3 bis Fig. 5 mit einer Anordnung von mehreren in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Sendern und Empfängern; und

Fig. 10 schematisch die Verwendung der Vorrichtung und Anwendung der zeitlich aufgelösten Akquisition von reflektierten Ultraschallwellen, um eine Messung der Bildung und Degradierung einer Triboschicht in Echtzeit zu ermöglichen.

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zur Bestimmung chemisch-physikalischer Eigenschaften in einem tribologischen System. Die Vorrichtung 1 weist einen freiformgeometrischen Körper 3 mit einer Körperoberfläche 4 mit einer Kontaktzone 27 auf. Es sind (in diesem Beispiel) zwei mit dem Körper 3 akustisch gekoppelte piezoelektrische Wandler 2 vorgesehen, von denen einer als Sender 2a und einer als Empfänger 2b wirkt. In Fig. 1 ist schematisch der generische Fall einer nicht parallel zur Kontaktzone 27 liegenden Senderoberfläche 7a des Senders 2a dargestellt. Jede eine Senderwellenfront 8 (einschließlich der zentralen Ultraschallwelle 81) orthogonal aussendende Sender Oberfläche 7a des Senders 2a steht mit einer Kontaktierungsschnittstelle 7 derart über eine, insbesondere trockene, Kopplung mittels einer dazwischenliegenden, bevorzugt dünnen, Verbindungsschicht 16, z.B. Lötschicht, in Kontakt, dass die Senderwellenfront 8 sich in Richtung der, gemäß der erfindungsgemäßen Verwendung, zu analysierenden Kontaktzone 27 auf der Körperoberfläche 4 und/oder der Zwischenschicht 5 ausbreitet. Die Zwischenschicht 5 weist eine Dicke 13 auf, wie in Fig. 2 zu sehen ist. An der Körperoberfläche 4 wird ein Teil der Energie der Senderwellenfront 8 durch die Körperoberfläche 4 in die Zwischenschicht 5 als Ultraschallwelle 14 hinein übertragen (siehe Fig. 2), während ein weiterer Teil der Energie der Senderwellenfront 8 als reflektierte Wellenfront 9 an der Körperoberfläche 4 in unterschiedlichen Winkeln reflektiert wird. Diese reflektierte Wellenfront 9 wird, wenn sie auf die empfangende Empfängeroberfläche 7b des Empfänger 2b auftrifft, vom Empfänger 2b als Messsignal erfasst. Der Empfänger 2b ist mit der Kontaktierungsschnittstelle 7 über eine, insbesondere trockene, Kopplung mittels einer dazwischenliegenden, bevorzugt dünnen, Verbindungsschicht 16, z.B. Lötschicht, mit dem Körper 3 verbunden. Von der reflektierten Wellenfront 9 bzw. deren Wellenmodenzerlegung in Form der reflektierten Longitudinalwelle 91 unter dem Winkel Q1 und der Scherwelle 9s unter dem Scherwellenwinkel Q2, sowie von der an der interagierenden Oberfläche 6 eines weiteren Körpers reflektierten Ultraschallwelle 15, werden, da verschiedene Wellenmoden das Ausbreitungsmedium mit unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit durchlaufen, chemisch-physikalische Parameter der Zwischenschicht 5 abgeleitet.

Für den Fall, dass die Weglänge der Ultraschallwelle 14 in der Zwischenschicht 5 kleiner ist als die Wellenlänge l der Ultraschallwelle 81, ist die Laufzeit innerhalb der Zwischenschicht 5 zu kurz, um die Trennung der reflektierten Impulse zu ermöglichen. Damit wird die Energie der reflektierten Ultraschallwelle 15 mit der reflektierten Wellenfront 9 überlagert.

Zusammengefasst ist der Sender 2a so mit dem Körper 3 gekoppelt, dass eine von ihm orthogonal abgestrahlte Ultraschallwelle 81 die Körperoberfläche 4 in der Kontaktzone 27 unter einem Winkel Q1, welcher von 90° unterschiedlich ist, trifft. Der Empfänger 2b ist so angeordnet und mit dem Körper 3 akustisch gekoppelt, dass zumindest eine von der Kontaktzone 27 reflektierte Wellenfront 9 vom Empfänger 2b erfasst wird. Die Körperoberfläche 4 des Körpers 3 mit einer interagierenden Oberfläche 6 eines anderen Körpers und der sich zwischen der Körperoberfläche 4 des Körpers 3 und der interagierenden Oberfläche 6 des anderen Körpers befindlichen Zwischenschicht 5 ein tribologisches System. Fig. 1 zeigt in makroskopischer Betrachtung in Längsansicht schematisch einen tribol ogi sehen Kontakt zwischen der Körperoberfläche 4 und der interagierenden Oberfläche 6 unter einer von außen einwirkenden Kraft 11, wobei sich die Körperoberfläche 4 und die interagierende Oberfläche 6 zueinander in einer Relativbewegung 10, bevorzugt entlang den beiden Flächen, bewegen. Dabei kann in einer besonderen geometrischen Ausführungsform der Körper 3 als Stift oder als Teil eines Maschinenelements ausgebildet oder ein Maschinenelement selbst sein. Im Kontakt ist ein Hertzian Kontaktdruck von bis zu 4 GPa vorzufinden

Fig. 2 zeigt hierzu schematisch den tribol ogischen Kontakt mit einer theoretischen Dicke 13 in mikroskopischer Betrachtung, welcher durch eine Zwischenschicht 5, ausgefüllt durch ein gasförmiges, flüssiges oder festes Medium oder einer Kombination dieser Aggregatzustände, und in einer besonderen Ausprägung durch Festkörperkontakte 12 zwischen der Körperoberfläche 4 und der interagierenden Oberfläche 6 verursacht durch Oberflächenrauheit ausgebildet ist. Die Oberflächenrauheit des Körpers 3 ist im Bereich der Kontaktzone 27 nicht größer als ein Zehntel der Ultraschallwellenlänge, um unerwünschte Reflexionen zu vermeiden. Die einfallende Ultraschallwelle 14 wird an der interagierenden Oberfläche 6 als reflektierte Ultraschallwelle 15 reflektiert. Die longitudinalen und scherakustischen Impedanzen sind mit einer Reihe von physikalischen und chemischen Eigenschaften verbunden, wobei die Dicke 13 der Zwischenschicht 5 ein entscheidender Parameter hierzu ist. Durch Lösen des Wellengleichungs-Ausbreitungssystems für die Reflexion von Ultraschallwellen mit dem Reflexionskoeffizienten R in geschichteten Medien und die Kombination dieser Lösung mit der Theorie des Federmodells (R.S. Dwyer-Joyce, B.W. Drinkwater, und C.J. Donohoe: “The measurement of lubricant-film thickness using ultrasound.” Proceedings of the Royal Society of London. Series A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 459.2032 (2003): 957-976.) ist es möglich, eine Verbesserung des Federmodells für die Messung der Zwischenschicht 5 zu erhalten, wenn die Weglänge der Ultraschallwelle 14 kleiner ist als die Wellenlänge l der einfallenden Welle 14. Der Reflexionskoeffizienten R ergibt sich dabei gemäß:

mit wobei pi die Dichte und c,_j die Schallgeschwindigkeit im zugehörigen Medium i ist. Der Index j charakterisiert die Moden der Ultraschallwelle, Longitudinal- oder Scherwelle w ist die Kreisfrequenz der einfallenden Ultraschallwelle 81, d die Dicke 13 der Zwischenschicht 5 und <Xi bzw. a_s die zugehörigen Reflexions- und/oder Brechungswinkel für die jeweilige Mode.

Fig. 3 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der die piezoelektrischen Wandler 2 mittels Halter 21 mit der Kontaktierungsschnittstelle 7 in schalltechnisch stabilen Kontakt gebracht werden. Weiters zeigt Fig. 3, beispielhaft am Empfänger 2b ausgeführt, eine Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine Sender Oberfläche 7a eines Sender 2a oder die Empfängeroberfläche 7b eines Empfängers 2b an die jeweilige Kontaktierungsschnittstelle 7, über eine, bevorzugt trockene oder flüssige, Kopplung, mittels eines Mechanismus (z.B. Aktuator) fixiert wird. Der Mechanismus weist bevorzugt einen Drehpunkt 20 auf, insbesondere aktiviert durch Haltekraft 18, welche im Sonderfall sowohl gleich der von außen einwirkenden Kraft 11 (siehe Fig. 1) sein kann, als auch in einer Höhe, welche einen piezoresistiven Effekt beim piezoelektrische Wandler 2 auslöst. In dieser Ausführungsform ist bevorzugt zumindest ein Sender 2a oder ein Empfänger 2b fest mit dem Halter 21 verbunden. Der Halter 21 hat die Funktion die Kontaktzone 27 der Körperoberfläche 4 in ihrer räumlichen Lage in Bezug auf die interagierende Oberfläche 6 zu fixieren und in weiterer Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich den Sender 2a oder den Empfänger 2b mit der jeweiligen Kontaktierungsschnittstelle 7 am Körper 3 in schalltechnischem Kontakt zu halten. Weiters wird in einer Ausführungsform der Erfindung der elektrische Anschluss 19 für die Ansteuerung des piezoelektrischen Wandlers 2 in den Halter 21 integriert.

Fig. 4 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung, um einen piezoelektrischen Wandler 2, z.B. den Sender 2a, mittels Halter 21 mit der Kontaktierungsschnittstelle 7 in schalltechnischen Kontakt zu bringen. In dieser Ausführungsform wird eine erwünschte räumliche Ausrichtung und Parallelität der Senderoberfläche 7a zur Kontaktierungsschnittstelle 7 mittels einem, bevorzugt einen Drehpunkt 20 aufweisenden Mechanismus (z.B. Aktuator), insbesondere aktiviert durch Haltekraft 18, erreicht. Die räumliche Ausrichtung wird so eingestellt, dass die Senderwellenfront 8, insbesondere die Ultraschallwelle 81, innerhalb des Körpers 3 eine maximale Amplitude aufweist.

Fig. 5 zeigt eine weitere beispielhafte Ausführungsform, um die räumliche Lage der Kontaktierungsschnittstelle 7, welche bevorzugt mit Sender Oberfläche 7a verbunden ist, zur Kontaktzone 27 bzw. zur Körperoberfläche 4 durch einen im Körper 3 integrierten Mechanismus (z.B. Aktuator) zu verändern. Die Lageveränderung wird durch thermische Energie aktiviert, um den Drehpunkt 20 zu verändern, was eine Veränderung des Lagewinkels 03 bewirkt und den Sender 2a so räumlich positioniert, dass dessen von der Senderoberfläche 7a orthogonal abgestrahlte Senderwellenfront 8 die Körperoberfläche 4 an der Kontaktzone 27 unter dem Winkel 01 trifft. In einer Erweiterung der Ausführungsform wird die räumliche Lage der Senderoberfläche 7a dynamisch so gesteuert, dass die Ultraschallwelle 81, d.h. der Bereich mit der höchsten Energie der Senderwellenfront 8, in sequenziellen Schritten über die Kontaktzone 27 in Form einer Flächenabrasterung geführt wird. Alternativ zur dynamischen Steuerung der räumlichen Lage der Sender Oberfläche 7a könnte auch die Empfängeroberfläche des Empfängers 2b dynamisch in ihrer Lage verändert werden, insbesondere durch thermische Energie.

Fig. 6 zeigt eine weitere Möglichkeit der Ausgestaltung der Verbindungsschicht 16, welche zwischen der Sender Oberfläche 7a des Senders 2a und der Kontaktierungsschnittstelle 7 ausgebildet und so geformt ist, dass sie eine Abweichung der Flächenparallelität mit einem Anbringungswinkel 0s aufweist. Liegt der Anbringungswinkel 0s innerhalb von ± 3° zum sich aus den Materialparametern ergebenden kritischen Winkel und unterscheidet sich die akustische Impedanz der Verbindungsschicht 16 sich von der akustischen Impedanz des Körpers 3, so kann mit Sender 2a eine Oberflächenwellenfront 17 ausgesendet werden, die sich über die äußere Oberfläche des Körpers 3, bevorzugt die Körperoberfläche 4 und die Kontaktzone 27 hinweg, zu zumindest einem Empfänger 2b mit einer zur Signalerfassung ausreichenden Ultraschallenergie fortpflanzt. In einer Erweiterung der Ausführungsform wird der Anbringungswinkel 0s durch einen in die Verbindungsschicht 16 integrierten Mechanismus verändert.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel eines von einem Empfänger 2b erfassten Messsignals in Form eines Wellenpakets 22 der reflektierten Wellenfront 9, das durch zumindest eine Wellenmodenreflexion 23 (z.B. Longitudinalwelle 91), 24 (z.B. Scherwelle), 25 (z.B. Oberflächenwelle) oder 26 (z.B. Oberflächenwelle) gekennzeichnet ist und Ultraschallenergien von Longitudinalwelle 91, Scherwelle 9s und Oberflächenwellenfront 17 repräsentiert, welche gleichzeitig, jedoch mit Zeitversatz, erfasst werden.

Durch die Verwendung von Amplitudenreflektometrie in Verbindung mit der Phaseninformation der reflektierten Wellenfront 9 wird eine Erfassung von spezifischen physikalischen und chemischen Eigenschaften ermöglicht. Als Beispiel kann die in Fig. 7 dargestellte longitudinale reflektierte Wellenmode 23 verwendet werden, um physikalische Eigenschaften der Zwischenschicht 5, wie die Dicke 13 der Zwischenschicht 5, zu bestimmen. Die Scherantwort, also eine Kombination von reflektierten Scher- und Oberflächenmodi 24, 25, 26, wird verwendet um Viskosität, Schermodul und Relaxationszeit zu bestimmen. (R.G. Larson, “Constitutive equations for polymer melts and Solutions” (Butterworths, Boston, 1988))

Fig. 8 zeigt schematisch den Verlauf der Senderwellenfront 8 bei einer makroskopisch angenähert, bevorzugt sphärischen oder zylindrischen Ausführungsform der Kontaktzone 27 auf der Körperoberfläche 4. In diesem Fall wird die Winkellage von Sender 2a und Empfänger 2b so gewählt, dass die Amplitudenreflexion der Ultraschallwelle 81 von der Kontaktzone 27, welche mikroskopisch betrachtet als Punkt-, Linien- oder Flächenkontakt vorliegen kann, erfolgt. Die auf die Körperoberfläche 4, insbesondere die Kontaktzone 27, einfallende Senderwellenfront 8 bewirkt eine Fokussierung der reflektierten Wellenfront 9 in einem Bereich, insbesondere innerhalb des Körpers 3, welcher Bereich als Phantomfokus 28 (oder als Pseudo-Fokus) bezeichnet ist und sich durch einen hohen Energiegehalt auszeichnet. (Delaide, M., G. Maes, and D. Verspeelt. "Design and application of low- frequency twin side-by-side phased array transducers for improved UT capabiity on cast stainless Steel components." Journal of Nondestructive Testing & Ultrasonics(Germany) 5.10 (2000).) Da die Zwischenschicht 5 eine variable akustische Impedanz aufweist und die Vorrichtung 1 variablen Belastungen, Scherspannungen und Temperaturgradienten ausgesetzt ist, ändert sich in Abhängigkeit von diesen Parametern die Position des Phantomfokus 28. Die exakte Bestimmung der Position des Phantomfokus 28 ermöglicht die genaue Bestimmung der akustischen Eigenschaften der Zwischenschicht 5 mit Hilfe moderner Verfahren, wie dem Gesetz von Snellius.

Fig. 9 zeigt schematisch, wie die Bestimmung der Position des Phantomfokus 28 durch ein Array von Empfängern 2b erfolgt, die insbesondere in Übereinstimmung mit dem Veränderungsbereich des Phantomfokus 28 positioniert sind. Wenn sich der Reflexionswinkel der reflektierten Wellenfront 9 ändert, verschiebt sich die Position des Phantomfokus 28, was folglich insbesondere aus den Messsignalen von unterschiedlichen Empfängern 2b abgeleitet werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von mehreren Sendern 2a und Empfängern 2b eine Rekonstruktion von ID- bis 3D- Reflexionsscans der Kontaktzone 27 und/oder der Zwischenschicht 5.

Im Falle eines Arrays von Sendern 2a und/oder Empfängern 2b werden diese bevorzugt in unterschiedlichen Winkellagen zur Kontaktzone 27 positioniert. Der Winkel zwischen Sender 2a und der Kontaktzone 27 ist geeignet so zu wählen, dass die jeweils zentralen Ultraschallwellen 81 der Senderwellenfronten 8 an der Kontaktzone 27 bestmöglich Zusammentreffen, damit die reflektierte Ultraschallwelle 91 und 9s, als Teil der reflektierten Wellenfront 9, nur Informationen über die Kontaktzone 27 und die Zwischenschicht 5 trägt.

Fig. 10 zeigt schematisch die Verwendung der Vorrichtung und Anwendung der zeitlich aufgelösten Akquisition von reflektierten Ultraschallwellenfronten 9, wie gezeigt in Fig. 7, um eine Messung der Bildung und Degradierung einer Triboschicht 5a in Echtzeit zu ermöglichen. Die Messung berücksichtigt eine Änderung der Zwischenschicht 5 und der Triboschicht 5a.

Claims

Ansprüche:

1. Vorrichtung (1) zur Bestimmung chemisch-physikalischer Eigenschaften in einem tribol ogi sehen System, umfassend einen Körper (3) mit einer Körperoberfläche (4) mit einer Kontaktzone (27), zumindest zwei mit dem Körper (3) akustisch gekoppelte piezoelektrische Wandler (2), von denen zumindest einer als Sender (2a) und zumindest einer als Empfänger (2b) wirkt, wobei der Sender (2a) so akustisch mit dem Körper (3) gekoppelt ist, dass eine von ihm orthogonal abgestrahlte EU traschall welle (81) die Körperoberfläche (4) in der Kontaktzone (27) unter einem Winkel (Q1), welcher von 90° unterschiedlich ist, trifft und der Empfänger (2b) so angeordnet und mit dem Körper (3) so akustisch gekoppelt ist, dass zumindest eine von der Kontaktzone (27) reflektierte Wellenfront (9) vom Empfänger (2b) erfasst wird, wobei die Körperoberfläche (4) des Körpers (3) mit einer interagierenden Oberfläche (6) eines anderen Körpers und einer sich zwischen der Körperoberfläche (4) des Körpers (3) und der interagierenden Oberfläche (6) des anderen Körpers befindlichen Zwischenschicht (5) ein tribologisches System bildet, wenn der Körper (3) der Vorrichtung (1) in tribol ogi sehen Kontakt mit dem anderen Körper gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass a. die Vorrichtung (1) zur referenzfreien, transienten und gleichzeitigen Erfassung mehrerer der chemisch-physikalischen Eigenschaften des tribol ogi sehen Systems durch Modenumwandlung der vom Sender (2a) abgestrahlten Ultraschallwelle (81) in gleichzeitig Longitudinal- (23), Scher- (24) und Oberflächen- (25, 26) Ultraschallwellen oder eine Kombination derer mittels Reflexion an der Kontaktzone (27) ausgebildet ist; b. der zumindest eine Empfänger (2b) so positioniert ist, dass er alle reflektierten Ultraschallwellenmoden (23, 24, 25, 26) gleichzeitig empfängt; und c. die Vorrichtung (1) aus den von dem zumindest einen Empfänger (2b) empfangenen Messsignalen den tribol ogi sehen Kontakt beschreibende Parameter, wie z.B. Aggregatszustand, Filmdicke, Scherviskosität, Grenzflächenspannungen, Bildung/ Abbau von Oberflächenschichten und/oder Relaxationszeit erfasst.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) der Vorrichtung (1) ein freiformgeometrischer Körper ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass a. die geometrische Form des Körpers (3) in einem die Kontaktzone (27) umfassenden, zwischen dem zumindest einen Sender (2a) und dem zumindest einen Empfänger (2b) liegenden Abschnitt konvex mit einem Radius ausgebildet ist, wobei der Radius zumindest in der Kontaktzone (27) größer als 2 mm ist; b. wobei die Winkellage des zumindest einen Senders (2a) in Bezug auf die Kontaktzone (27) und die Form der Kontaktzone (27) so gewählt sind, dass die vom zumindest einen Sender (2) abgestrahlten Ultraschallwellen (81) so von der Kontaktzone (27) reflektiert werden, dass sie in einem Phantomfokus (28) fokussiert werden; c. wobei der Körper (3) zumindest zwei Flächenbereiche aufweist, die die Positionierung des zumindest einen Senders (2a) und des zumindest einen Empfängers (2b) zueinander und in Bezug auf die Kontaktzone (27) unter für die Modenumwandlung der Ultraschallwellen erforderlichen Winkeln ermöglichen, d. wobei die Oberflächenrauheit des Körpers (3) im Bereich der Kontaktzone (27) nicht größer ist als ein Zehntel der Wellenlängen der vom zumindest einen Sender (2a) abgestrahlten Ultraschallwellen (81).

4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) als Stift ausgebildet ist.

5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Halter (21) umfasst, an dem der Körper (3) befestigbar ist, wobei die piezoelektrischen Wandler (2) am Körper (3) oder/oder am Halter (21) befestigt sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein piezoelektrischer Wandler (2) mit dem Körper (3) fest haftend verbunden ist und zumindest ein weiterer piezoelektrischer Wandler (2) auf dem Halter (21) fixiert ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) ein Lokalisierungsmerkmal aufweist, das eine eindeutige, nicht veränderliche Positionierung des Körpers (3) im Halter (21) während der Messsignalerfassung bewirkt.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (3) für jeden piezoelektrischen Wandler (2) eine Kontaktierungsschnittstelle (7), und die Körperoberfläche (4) in der Kontaktzone (27) eine variable akustische Impedanz, welche zur Zwischenschicht (5) orientiert ist, aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Senderoberfläche (7a) des zumindest einen Senders (2a) oder eine Empfängeroberfläche (7b) des zumindest einen Empfängers (2b) in ihrer Winkellage zur Kontaktierungsschnittstelle (7) und/oder zur Kontaktzone (27) auf der Körperoberfläche (4) veränderbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Senderoberfläche (7a) des zumindest einen Senders (2a) oder zumindest eine Empfängeroberfläche (7b) des zumindest einen Empfängers (2b) in ihrer Winkellage zur Kontaktzone (27) auf der Körperoberfläche (4) dynamisch veränderbar ist, insbesondere durch thermische Einwirkung auf den Körper (3), wobei der höchste Energiebereich der von der Sender Oberfläche (7a) abgestrahlten Ul traschall wellenfront (8) in sequenziellen Schritten über die Kontaktzone (27) in Form einer Flächenabrasterung geführt wird.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Empfängeroberfläche (7b) des zumindest einen Empfängers (2b) so am Ort eines Phantomfokus (28) angeordnet ist, dass zumindest eine vom Bereich der Kontaktzone (27) auf der Körperoberfläche (4) reflektierte Wellenfront (9) vom Empfänger (2b) erfasst wird.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von zumindest einem Empfänger (2b) erfasste Ultraschallenergie der Rekonstruktion von ID- bis 3D-Reflexionsscans der Kontaktzone (27) auf der Körperoberfläche (4) und/oder der angrenzenden Zwischenschicht (5) dient.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von zumindest einem Empfänger (2b) erfasste Ultraschallenergie der gleichzeitigen Bestimmung von mehr als einer chemisch-physikalischen Eigenschaft der im Bereich der Kontaktzone (27) körperlich an die Körperoberfläche (4) des Körpers (3) anschließenden Zwischenschicht (5) dient.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die von zumindest einem Empfänger (2b) erfasste Ultraschallenergie der gleichzeitigen Bestimmung des mittleren Abstands zwischen der Körperoberfläche (4) des Körpers (3) im Bereich der Kontaktzone (27) und der interagierenden Oberfläche (6) des anderen Körpers sowie der Schersteifigkeit der im Bereich der Kontaktzone (27) an die Körperoberfläche (4) des Körpers (3) anschließenden Zwischenschicht (5) dient.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die von zumindest einem Empfänger (2b) erfasste Ultraschallenergie der gleichzeitigen Bestimmung der Relaxationszeit, des Aggregatszustands und einer chemischen Veränderung der im Bereich der Kontaktzone (27) an die Körperoberfläche (4) des Körpers (3) anschließenden Zwischenschicht (5) dient.

16. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur transienten Beobachtung der Dickenveränderung und viskoelasti sehen Eigenschaften einer Triboschicht (5a), die sich durch chemische und physikalische Wechselwirkung zwischen den Komponenten des tribologischen Systems bildet.

17. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur gleichzeitigen Bestimmung der Dicke (13) der Zwischenschicht (5), deren Scherviskosität, deren Schermodul und deren Relaxationszeit durch die Kombination von Amplitudenreflektometrie der erfassten Wellenmoden (23, 24, 25 26) und deren Phaseninformationen.