WO2024074631A1 - Teller-schleif/poliergerät - Google Patents

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WO2024074631A1
WO2024074631A1 PCT/EP2023/077611 EP2023077611W WO2024074631A1 WO 2024074631 A1 WO2024074631 A1 WO 2024074631A1 EP 2023077611 W EP2023077611 W EP 2023077611W WO 2024074631 A1 WO2024074631 A1 WO 2024074631A1
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WO
WIPO (PCT)
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grinding
polishing
drive spindle
rotor
disc
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/077611
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English (en)
French (fr)
Inventor
Robert Höll
Original Assignee
Atm Qness Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atm Qness Gmbh filed Critical Atm Qness Gmbh
Publication of WO2024074631A1 publication Critical patent/WO2024074631A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B7/00—Machines or devices designed for grinding plane surfaces on work, including polishing plane glass surfaces; Accessories therefor
    • B24B7/10—Single-purpose machines or devices
    • B24B7/16—Single-purpose machines or devices for grinding end-faces, e.g. of gauges, rollers, nuts, piston rings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B24B49/16—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation taking regard of the load

Definitions

  • the invention relates to a disk grinding/polishing device for surface grinding and/or polishing the sample surface on the underside of in particular embedded and/or non-embedded samples with a grinding/polishing disk in a collecting tray, in particular for sample preparation for materialographic analysis.
  • Disc grinding/polishing machines typically have two drives. One drive is located at the bottom and drives the grinding/polishing disc. The other drive is located at the top of the grinding/polishing head and drives the sample holder.
  • the grinding/polishing disc is typically driven at a speed between 50 mim 1 and 500 mi 1. The power is approximately 0.75 kW to 1.5 kW for 300 mm grinding/polishing disc diameters or 2.2 kW for 350 mm grinding/polishing disc diameters.
  • the drive is typically provided by single- or three-phase asynchronous electric motors, which, for example, have a nominal speed of approx. 1450 m /s in the four-pole version.
  • the speed is typically transmitted to the grinding/polishing disc via a belt drive with a relatively large reduction ratio, e.g. approx. 5:1.
  • a further disadvantage of these high-speed asynchronous machines is that, especially in the lower speed range, a very high magnetizing current is required to achieve a high torque, which is inefficient and causes a large amount of heat to be generated.
  • the belt must be dimensioned larger in order to be able to transmit the required torque. This in turn causes significant deformation and thus flexing work, which in turn can accelerate the wear of the belt.
  • the belt tension recommended by the manufacturer must be strictly adhered to, which should be ensured using a frequency measuring device, for example. If the belt is tensioned too tightly, this can lead to bearing damage on the drive motor. If the belt is tensioned too little, it can slip, which in turn can lead to wear and complete failure. With disc grinders and polishers, the belt should be re-tensioned regularly, which should typically be done by the customer. However, the customer usually does not have a measuring device available to check the belt tension, so in practice it often happens that the belt is tensioned too tightly. This can result in the bearings being overloaded and even possible failure of the drive motor due to bearing damage, which leads to an expensive service call at the customer's site.
  • the belt drive is repeatedly replaced at certain intervals, which is not without its problems on site.
  • the device On the one hand, the device has to be partially dismantled and on the other hand, there is often no measuring device available on site to accurately determine the belt tension, which in turn can lead to the consequential damage described.
  • the known belt drives also have disadvantages in terms of their design. Firstly, a tensioning option is required, which is typically achieved by moving the electric motor transversely.
  • the belt drives used for the electric motor and the adjustment range for the belt tension require a corresponding amount of space in the device.
  • a further disadvantage is that the belt tension, even when correctly adjusted, creates a permanent transverse force on the drive shafts of the grinding/polishing disc and the grinding/polishing head.
  • the samples are pressed against the rotating grinding/polishing plate with a defined pressure force in the well-known disc grinding/polishing machines - either with individual pressure or with central pressure - to ensure that the samples to be prepared are removed accordingly.
  • the strength of the pressure force varies depending on the preparation method and can typically be between 5 N and 100 N per sample with the individual pressure method and between 20 N and 750 N with the central pressure method.
  • the force is typically generated pneumatically via a defined piston area. Due to their design, the seals, guides, etc. used for the pneumatic system exhibit friction that is not always constant. The friction can vary, for example, between static and sliding friction, due to temperature changes or due to contamination.
  • the invention therefore has the task of providing a disc grinding and polishing device which guarantees high-quality grinding and polishing results.
  • a further aspect of the task is to provide a disc grinding/polishing device which provides reliable and high-quality pressure processes in the grinding/polishing head and ensures precise control of the grinding removal.
  • a further aspect of the task is to provide a disc grinding/polishing device which avoids disadvantages of pneumatic feed for applying the grinding force and enables a compressed air supply in the grinding/polishing head for the individual pressure of the samples with high reproducibility and little impairment by temperature fluctuations.
  • a further aspect of the task is to provide a disc grinding/polishing device which makes optimal use of the available installation space, in particular in the grinding/polishing head, and, if necessary, enables reliable measurement of the contact pressure during grinding and/or polishing as well as precisely adjustable grinding removal.
  • Another aspect of the task is to provide a disc grinding and polishing machine that is reliable, low-wear and low-maintenance, and has low noise levels during operation.
  • a disk grinding/polishing device for surface grinding and/or polishing the sample surface on the underside of in particular embedded and/or non-embedded samples with a rotating grinding/polishing disk, in particular for sample preparation for materialographic analysis, e.g. for a subsequent hardness test or structural examination of the ground and polished underside of the in particular embedded samples.
  • the disc grinding/polishing device has a grinding/polishing head with a sample holder for inserting one or more embedded or non-embedded samples.
  • the sample holder can comprise, for example, a receiving disc with several, eg six symmetrically Sample holders distributed around the rotation axis for inserting an embedded or non-embedded sample.
  • the disc grinding/polishing device is particularly suitable as a laboratory device for such embedded samples.
  • the disc grinding/polishing device can also work with non-embedded samples.
  • the non-embedded samples can be placed directly in a special sample holder adapted to the samples.
  • the disc grinding and polishing device also includes a base housing with a collecting tray for collecting grinding and/or polishing suspension.
  • cooling is typically carried out with water, so that the suspension of grinding material and water is collected in the collecting tray and can be drained off via a drain in the collecting tray.
  • Polishing is carried out using polishing suspensions, e.g. diamond suspensions, which are applied to the polishing disc or polishing cloth before and/or during the polishing process.
  • the polishing suspension can also be collected in the collecting tray and drained off via the drain.
  • a horizontal grinding/polishing plate rotates around a vertical axis of rotation.
  • Different grinding pads e.g. sandpaper, sanding foil, thin grinding disks with different grain sizes and different abrasive particles, e.g. corundum or diamond, can be detachably attached to the top of the grinding/polishing plate in order to grind the samples one after the other using different grinding pads to an ever finer level.
  • Polishing pads and/or polishing cloths can then be detachably attached to the grinding/polishing plate in order to polish the same samples after grinding.
  • the grinding and polishing pads or polishing cloths can be attached to the top of the grinding/polishing plate in one of the following ways: magnetically, self-adhesively, with a vacuum and, if necessary, with other adhesive layers.
  • the underside of the samples pressed onto the grinding/polishing plate from above is ground flat and/or polished with the respective grinding pad, polishing pad or polishing cloth.
  • the embedded or non-embedded materialographic samples can be first ground (if necessary with different abrasive grains) and then immediately polished (if necessary with polishing suspensions of different fineness) using the same disc grinding and polishing device, without having to remove the samples from the adapted sample holder.
  • a cleaning station can also be provided if necessary.
  • the disc grinding/polishing device contains an upper first electric drive motor arranged in the grinding/polishing head for rotatingly driving the sample holder.
  • the disc grinding/polishing device further includes a lower second electric drive motor arranged in the lower housing for rotatingly driving the grinding/polishing disc.
  • the sample holder is driven by a first drive spindle and the first electric drive motor has a first stator and a first rotor.
  • the first drive spindle is connected coaxially, in particular in a form-fitting or friction-fitting manner to the first rotor and extends in particular coaxially through the first rotor and the first stator, such that the first electric drive motor forms a first coaxial direct drive for the sample holder with the first drive spindle.
  • the sample holder is in particular coaxially attached, preferably detachably, to a lower end of the first drive spindle.
  • the grinding/polishing plate is driven by a second drive spindle and the second electric drive motor has a second stator and a second rotor.
  • the second drive spindle is connected coaxially, in particular positively or frictionally, to the second rotor and extends in particular coaxially through the second rotor and the second stator, such that the second electric drive motor forms a second coaxial direct drive for the grinding/polishing plate with the second drive spindle.
  • the grinding/polishing plate is in particular coaxially attached to an upper end of the second drive spindle, preferably detachably.
  • the disc grinding/polishing device can therefore have its own coaxial direct drive, as defined above, either for the sample holder or for the grinding/polishing disc, or preferably for both.
  • the speed of the first electric drive motor is preferably in the range between 20 mim 1 and 200 mim 1 .
  • the speed of the second electric drive motor is preferably in the range between 50 mim 1 and 600 mim 1 .
  • the speeds can in particular be controllable.
  • the first and/or second electric drive motor is designed as a synchronous motor, in particular as a multi-pole or multi-pole torque motor.
  • the electric drive motors are preferably designed as internal rotors.
  • torque motors are used as direct drives, for example.
  • the torque motors can be designed as sensorless synchronous motors with permanent magnets in the rotor (permanent magnet synchronous motor - PMSM).
  • the respective stator can consist of several coils which, when supplied with the appropriate current, generate magnetic fields which the associated rotor follows.
  • the torque motors can generate a very high torque from a standstill up to the maximum speeds required here (approx. 200 min 1 or 600 min 1 ) and are used as direct drives, i.e. without a belt drive or gearbox.
  • the respective rotor can be mounted directly coaxially on the drive spindle of the grinding/polishing plate or the grinding/polishing head and therefore only transmits the drive torque.
  • connection between the respective rotor and the associated drive spindle can be made, for example, by form-fitting, e.g. with a feather key, or by friction.
  • the transverse forces exerted on the spindle by belts in conventional disc grinding and polishing machines are eliminated, which significantly reduces the load on the bearings and thus wear.
  • the drive is almost silent and completely maintenance-free, which means that on-site service work at the customer's site is no longer necessary.
  • the drive units can be constructed compactly overall, resulting in a slim design despite the high torque.
  • the disc grinding/polishing device has a vertical motor-driven lifting mechanism, by means of which the grinding/polishing head including the first drive motor is lowered onto the grinding/polishing disc for surface grinding and/or polishing the samples.
  • a vertical motor-driven lifting mechanism by means of which the grinding/polishing head including the first drive motor is lowered onto the grinding/polishing disc for surface grinding and/or polishing the samples.
  • the lifting mechanism has at least one, preferably at least two vertical guides, a rotating spindle, e.g. a ball screw, and a rotating spindle drive motor.
  • the rotating spindle drive motor rotates the rotating spindle and the spindle nut or rotating guide (e.g. ball screw guide of the ball screw) relative to each other in order to effect the vertical lifting movement of the grinding/polishing head along the vertical guides. This moves the grinding/polishing head up and down, and thus the samples in the sample holder can be fed precisely during grinding and/or polishing.
  • the circulating spindle drive motor can, for example, be designed as a stepper motor with a rotary encoder.
  • the grinding/polishing head is suspended from an L-shaped suspension, which has a vertical tower section and a horizontal bridge section.
  • the vertical tower section can be attached to a device base in the lower housing and extend vertically upwards from the device base, in particular on the rear of the lower housing.
  • the horizontal bridge section is in turn suspended from the vertical tower section and extends horizontally over the lower housing to the grinding/polishing head or to the area above the grinding/polishing plate.
  • the grinding/polishing head is suspended from the front end of the bridge section opposite the tower section, so that the suspension together with the grinding/polishing head is essentially U-shaped.
  • the vertical lifting mechanism is arranged in the vertical tower section and raises and lowers the horizontal bridge section together with the grinding/polishing head and the first coaxial direct drive.
  • the first drive spindle is suspended axially elastically resiliently from rigid areas of the grinding/polishing head.
  • the first drive spindle can be mounted above and below the first rotor, in particular by means of rolling bearings, preferably ball bearings.
  • the lower bearing of the first drive spindle can be designed as a fixed bearing, in particular with at least one angular contact ball bearing or deep groove ball bearing, and can be preloaded via a wave spring in order to remove bearing play.
  • the upper bearing of the first drive spindle can be designed as a floating bearing, in particular with a cylindrical roller bearing, in order to accommodate an axial movement of the first drive spindle together with the first rotor relative to the first stator and the suspension of the grinding/polishing head.
  • the second drive spindle is also preferably mounted above and below the second rotor, in particular with angular contact ball bearings or deep groove ball bearings.
  • the samples are clamped firmly in the sample holder.
  • a defined pressure force FA is exerted on the sample holder as central pressure via the first drive spindle.
  • the electromotive lifting mechanism for the grinding-polishing head can be used to achieve central pressure via the sample holder, which enables precise control of the grinding removal.
  • the contact pressure acting on the first drive spindle of the direct drive relative to the grinding/polishing head is measured with a force measuring device, in particular in the grinding/polishing head.
  • the force measuring device can be used to determine a zero point of contact of the samples with the grinding/polishing plate when the grinding/polishing head is lowered onto the grinding/polishing plate.
  • the force measuring device measures the contact pressure FA in particular between the first drive spindle and rigid areas of the suspension of the grinding/polishing head, in particular in response to the elastically springy axial movement of the first drive spindle caused by the contact pressure relative to rigid areas of the suspension.
  • the force on the samples is preferably not applied by pneumatic pistons, but by an electric motor, e.g.
  • the force can be measured using the force measuring device and the drive motor for the lifting mechanism can be controlled in a closed loop using this signal, which in turn can apply the feed movement with exactly the right load, e.g. via the ball screw.
  • the exact path length can also be output using the electric motor spindle drive of the lifting mechanism by calculating the motor position, e.g. using the rotary encoder. This also makes it possible to achieve a precisely defined removal of the samples with a precisely defined feed force.
  • the grinding/polishing device preferably also has a device for determining the zero point, with which the contact of the lower sample surface with the grinding/polishing plate or the grinding pad can be detected. This makes it possible to determine the exact zero point, i.e. the surface of the sample from which the material removal is measured. To determine the zero point, the impact of the samples on the grinding/polishing plate is detected when the grinding/polishing head is lowered. This advantageously makes it possible to precisely determine the material removal of the samples during the grinding process. This can be determined or set in the hundredth to a few thousandths of a millimeter range, which can be advantageous for penetrating certain layers of the samples.
  • the force measuring device can be used in particular, as described above, since it emits a measurable signal even at the slightest contact of the sample with the SchleifZ polishing plate.
  • the force measuring device can comprise one or more force sensors, eg strain gauges, which change their electrical resistance when stretched.
  • the at least one force sensor or strain gauge can be applied to a spring element of the force measuring device, eg on a leaf spring element.
  • the leaf spring elements can be arranged around the first drive spindle, preferably under the first drive motor.
  • the force measuring device can be ring-shaped and preferably extend coaxially around the first drive spindle of the first direct drive.
  • the force measuring device can comprise a force distribution ring which extends coaxially around the first drive spindle.
  • the counterforce FG which arises during central pressure via the sample holder and acts upwards on the first drive spindle can be transferred to the force distribution ring via the lower bearing (e.g. two ball bearings) of the first drive spindle.
  • the force distribution ring is connected in an axially elastic manner to the suspension of the grinding/polishing head, e.g.
  • the motor shaft of the first electric drive motor i.e. the first drive spindle
  • the motor shaft of the first electric drive motor is suspended together with the first rotor in an axially elastic manner on the suspension of the grinding/polishing head.
  • the axially elastic suspension of the motor shaft of the first electric drive motor or the first drive spindle on rigid components of the grinding/polishing head is preferably carried out by means of the force measuring device.
  • the force measuring device is preferably designed to be largely ring-shaped and forms a force measuring flange, which can be arranged in a ring around the motor shaft of the first electric drive motor or the first drive spindle.
  • the motor shaft of the first electric drive motor or the first drive spindle extends coaxially through a central opening of the force measuring flange.
  • the force measuring device or the force measuring flange are therefore preferably arranged coaxially to the first electric drive motor.
  • the force measuring device and/or the force measuring flange are also preferably simultaneously arranged coaxially to the first rotor of the first electric drive motor and coaxially to the sample holder.
  • the first motor shaft or the first drive spindle preferably extends coaxially through the force measuring device or through the force measuring flange.
  • the first rotor is suspended axially displaceably and coaxially resiliently relative to the first stator.
  • the (central) pressure causes a coaxial displacement of the first rotor relative to the first stator against the spring force of the resilient suspension and the force measuring device measures the force exerted on the resilient suspension by the coaxial displacement of the first rotor relative to the first stator.
  • the first drive spindle and the first rotor form the first motor shaft of the first drive motor.
  • the first motor shaft with the first drive spindle and the first rotor is suspended in particular in an elastically spring-loaded manner on the grinding/polishing head.
  • the force measuring device can measure the pressing force directly on the first motor shaft, in particular coaxially to the first drive spindle and coaxially to the first rotor or to the first motor shaft of the first drive motor.
  • the first motor shaft When the sample holder with the inserted samples is pressed against the grinding/polishing plate, in particular with central pressing, the first motor shaft is axially displaced relative to the first stator or relative to the rigid components of the grinding/polishing head in an elastically spring-loaded manner against the spring tension of the elastic suspension of the first motor shaft and the force measuring device measures the force exerted by the first motor shaft on the elastically spring-loaded suspension of the first motor shaft.
  • the elastically spring-loaded suspension of the first motor shaft or the force measuring device is preferably arranged axially between the first drive motor and the lower bearing of the first drive spindle or the first motor shaft.
  • the rotor and the stator of the first direct drive motor are therefore preferably axially displaceable relative to one another in order to absorb the axial elastic movement of the first drive spindle when the samples are pressed against the grinding-polishing plate, in particular in the central pressure method.
  • the rotary bearing of the first drive spindle can also absorb the axial elastic movement when the samples are pressed against the grinding-polishing plate, e.g. by means of a cylindrical roller bearing.
  • the user can enter a pressure force setpoint into a control device which controls the lifting mechanism, in particular the rotary spindle drive motor or
  • Stepper motor controls and defines a closed control loop.
  • the control device then automatically regulates the pressure force exerted by the lifting mechanism on the sample holder on the grinding/polishing plate during the grinding and/or polishing process in response to the pressure force measured value measured by the force measuring device to the set pressure force target value.
  • the sample holder is designed as a multiple sample holder with several sample holders that are arranged symmetrically around the rotation axis of the first drive spindle.
  • the grinding/polishing head can have several individual pressure pistons that apply force individually to the samples that are each placed in the associated sample holder.
  • the sample holder is designed, for example, to hold 6 samples that are arranged symmetrically around the rotation axis of the first drive motor or the first drive spindle in order to grind and/or polish several samples at the same time.
  • the samples are placed into the sample holders from above. With central pressure, the samples are additionally clamped firmly in the sample holders in order to exert the desired pressure force for surface grinding and/or polishing centrally via the first drive spindle and the sample holder on all clamped samples.
  • the individual pressure pistons can be actuated pneumatically.
  • compressed air can be introduced into the first drive spindle via a compressed air connection that is particularly rotatable relative to the first drive spindle.
  • the compressed air connection is preferably arranged at the upper end of the first drive spindle or above the first electric drive motor.
  • an axial compressed air channel runs, which can guide the compressed air axially through the first rotor and the first stator to an air distributor that rotates with the first drive spindle below the first electric drive motor.
  • the air distributor can finally distribute the compressed air radially to the individual pressure pistons through distribution channels in order to actuate them pneumatically.
  • the air pressure can be adjusted by a pressure control valve so that the required pressure force is exerted on the grinding/polishing plate.
  • the invention also relates to a disk grinding/polishing device for surface grinding and/or polishing the sample surface on the underside of the samples, in particular of embedded and/or non-embedded samples with a horizontally rotating grinding/polishing disk, in particular for sample preparation, e.g. as a sub-step of sample preparation for materialographic analysis, in particular with further features as described above.
  • the disc grinding/polishing device according to this aspect comprises: a lower housing with a collecting tray for collecting grinding and/or polishing suspension, a horizontal grinding/polishing plate which is arranged in the collecting tray and rotates about a vertical axis of rotation, wherein different grinding pads, e.g. sandpaper, grinding foil, thin grinding discs, different grain sizes, e.g.
  • polishing pads and/or polishing cloths can be optionally attached to the top of the grinding/polishing plate in order to use the respective grinding pad, polishing pad or polishing cloth to grind and/or polish the underside of the samples pressed onto the grinding/polishing plate from above, wherein grinding and/or polishing suspension can be collected in the collecting tray during operation and discharged via a suspension outlet of the collecting tray, a grinding/polishing head with a sample holder for inserting one or more samples, a first drive spindle extending vertically in the grinding/polishing head, wherein the sample holder is coaxially connected to a lower end of the first drive spindle in order to drive the sample holder in a central rotational manner with the first drive spindle, a first electric drive motor arranged in the grinding/polishing head for driving the rotation of the first drive spindle, optionally at a variable speed, wherein the first electric drive motor comprises a first stator and a first rotor, wherein the first drive spindle
  • a second electric drive motor for the grinding/polishing plate is arranged in the lower housing if the grinding/polishing plate is to rotate at the same time as the sample holder.
  • the rotations can be in the same direction or in opposite directions.
  • the second electric drive motor also forms a direct drive for the grinding/polishing plate.
  • a second drive spindle is included that extends vertically from the lower housing through a bottom opening of the collecting tray into the collecting tray, and the grinding/polishing plate is connected at an upper end to the second drive spindle in order to drive the grinding/polishing plate in rotation with the second drive spindle.
  • the second electric drive motor comprises a second stator and a second rotor, wherein the second drive spindle is connected coaxially, e.g. positively or frictionally, to the second rotor and extends coaxially in the second rotor and the second stator, such that the second electric drive motor forms a second coaxial direct drive for the grinding/polishing plate with the second drive spindle.
  • the subject of the invention is also a disc grinding/polishing machine for surface grinding and/or polishing the sample surface on the underside of the samples, in particular of embedded or non-embedded samples, with a horizontally rotating grinding/polishing plate, in particular as a sub-step of sample preparation for the materialographic analysis, in particular with further features as described above.
  • the disc grinding/polishing device comprises: a lower housing with a collecting tray for collecting grinding and/or polishing suspension, a horizontal grinding/polishing plate which is arranged in the collecting tray and rotates about a vertical axis of rotation, wherein different grinding pads, e.g. sandpaper, grinding foil, thin grinding discs, different grain sizes, e.g.
  • polishing pads and/or polishing cloths can be optionally attached to the upper side of the grinding/polishing plate in order to use the respective grinding pad, polishing pad or polishing cloth to grind and/or polish the underside of the samples pressed onto the grinding/polishing plate from above, wherein during operation grinding and/or polishing suspension is collected in the collecting tray and discharged via a suspension outlet, a second drive spindle extending vertically from the lower housing into the collecting tray through a bottom opening in the collecting tray, wherein the grinding/polishing plate in the collecting tray is connected to an upper end of the second drive spindle is to drive the grinding/polishing plate from below in rotation with the second drive spindle, a second electric drive motor arranged in the lower housing for driving the rotation of the second drive spindle, optionally at a variable speed, wherein the second electric drive motor comprises a second stator and a second rotor, wherein the second drive spindle is coaxially connected, e.g. positively or frictionally, to the second
  • Fig. 1 is a three-dimensional representation of a disc grinding/polishing device according to an embodiment of the invention with a cut-open grinding/polishing head
  • Fig. 2 is a vertical cross-section through the grinding/polishing head of the disc grinding/polishing device from Fig. 1,
  • Fig. 3 is a three-dimensional representation of a force measuring device according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 4 a top view of the force measuring device from Fig. 3
  • Fig. 5 a section through the force measuring device along the line A-A in Fig. 4
  • Fig. 6 is an exploded view of the grinding-polishing head and the suspension
  • Fig. 7 is a vertical cross-section through the lifting mechanism for the grinding-polishing head
  • Fig. 8 is a partially cut-away front view of the disc grinding-polishing device from
  • Fig. 9 a vertical cross-section through the grinding-polishing plate with collecting tray and drive of the plate grinding-polishing device from Fig. 1 ,
  • Fig. 10 an exploded view of the grinding-polishing plate with collecting tray and drive.
  • the disc grinding/polishing device 10 has a base housing 12 with a display and/or input device 14, in this example in the form of a touch display, via which the user can enter desired operating parameters, such as speed of the sample holder, speed of the grinding/polishing disc, pressure force, grinding removal, etc., into the control device (not shown).
  • a collecting tray 16 for grinding and polishing suspension is embedded in the upper side 12a of the lower housing 12.
  • the grinding/polishing disc 18 is arranged in the collecting tray 16 and rotates about a vertical axis of rotation 20 (Fig. 9).
  • the user can optionally attach various grinding pads, polishing pads or polishing cloths to the upper side 18a of the grinding/polishing disc 18. Grinding pads can be designed, for example, as silicon carbide or diamond grinding wheels, as sandpaper or sanding foils.
  • a magnetic foil can also be used as an adhesive carrier.
  • polishing pads or polishing cloths can be attached to the top side 18a, which are used for polishing in combination with a polishing suspension, e.g. a diamond suspension.
  • Water can be supplied to the grinding or polishing pads or polishing cloths via a water tap 22, e.g. for wet grinding or rinsing.
  • the grinding/polishing head 30 is suspended above the grinding/polishing plate 18 on a suspension 32.
  • the central sample holder 34 in the present example as a six-fold sample holder, is attached to the drive spindle 66 of the grinding/polishing head 30, wherein the sample holder 34 is driven in rotation about a rotation axis 21 (Fig. 2) of the grinding/polishing head 30.
  • This sample holder 34 is designed as an example for embedded samples.
  • the materialographic samples (not shown) to be ground and polished, here in particular embedded, are inserted individually from above into sample holders 36 of the sample holder 34.
  • a pneumatically operated individual pressure piston 38 is provided above each sample holder 36, with which the samples inserted in the sample holder 34 can be individually subjected to individual pressure from above.
  • the samples are clamped in the associated sample holder 36 and the entire sample holder 34 is subjected to axial force via the upper drive spindle 66 of the rotary drive in the grinding/polishing head 30 in order to press the samples with a defined pressure force FA onto the grinding/polishing plate 18 or to adjust the axial feed of the grinding/polishing head 30, in particular in order to achieve a defined removal during the grinding process.
  • the suspension 32 for the grinding/polishing head 30 comprises a vertical tower section 42 with a lifting mechanism 44, by means of which a horizontal bridge section 46, at the front end of which the grinding/polishing head 30 is suspended, is raised and lowered.
  • a horizontal bridge section 46 at the front end of which the grinding/polishing head 30 is suspended, is raised and lowered.
  • the bridge section 46 suspended on the lifting mechanism 44 is moved downwards by means of the lifting mechanism 44 in order to effect the pressure force for the grinding or polishing process.
  • the lifting mechanism 44 therefore moves the entire grinding/polishing head 30 together with the suspension 32 in height.
  • the lifting mechanism 44 in the exemplary embodiment has a stepper motor 48 with a rotary encoder, which effects the vertical stroke via a rotation of a ball screw 50.
  • the suspension 32 and the bridge section 46 are guided by two vertical linear guides 52a, 52b, which absorb the bending moments.
  • the lifting mechanism 44 is arranged in the rear vertical tower section 42 so that the tower section 42, the horizontal bridge section 46 and the grinding/polishing head 30, which may be housed in a head housing 47, form a U-shaped arm.
  • the upper stator 64 and the upper rotor 62 form an upper electric direct drive motor, in this example in the form of an upper synchronous or torque motor 60, for the sample holder 34.
  • the rotation drive of the sample holder 34 is thus carried out by means of the upper synchronous or torque motor 60 in the grinding/polishing head 30.
  • the upper torque motor 60 is multi-pole and designed as an internal rotor, so that the upper rotor 62 rotates in the upper stator 64.
  • the upper rotor 62 is hollow and coaxially accommodates the upper drive spindle 66, which is positively or frictionally connected to the upper rotor 62, in the present example positively by means of a feather key 68.
  • the upper torque motor 60 with the upper drive spindle 66, which is coaxially connected to the upper rotor 62 forms an upper coaxial direct drive 61 for the sample holder 34, which is coaxially connected to the upper drive spindle 66 at the lower end.
  • the upper drive spindle 66 is mounted below and above the rotor 62, whereby the lower bearing 70 is designed as a fixed bearing and can comprise angular contact ball bearings or normal deep groove ball bearings.
  • the lower fixed bearing 70 consists of two deep groove ball bearings 70a, 70b.
  • the lower bearing 70 is arranged in a bearing housing 71 and is preloaded by a wave spring 72. The preload serves to remove the bearing play. Both ball bearings 70a, 70b are spaced apart by an intermediate ring 74 and clamped internally by means of a clamping nut 76.
  • a force measuring device 80 is arranged on the upper drive spindle 66, which in the present example is designed in the form of an annular force measuring flange 81 and extends around the upper drive spindle 66.
  • the annular force measuring device 80 has an inner force distribution ring 82, which is subjected to force by the upper drive spindle 66, in the present example via the lower bearing 70, when the counterforce FG of the pressure force FA acts axially on the upper drive spindle 66 via the sample holder 34 during central pressure.
  • the force measuring device 80 comprises a leaf spring section 84, which radially connects the inner force distribution ring 82 to an outer force removal ring 86.
  • the leaf spring section 84 can, for example, comprise four radially extending leaf springs 85, which axially elastically connect the inner force distribution ring 82 to the outer concentric force removal ring 86.
  • the individual leaf springs 85 can in particular be evenly the upper drive spindle 66 of the upper coaxial direct drive 61.
  • the outer force removal ring 86 is supported, for example, on a rigid area of the grinding/polishing head 30.
  • a force sensor 87 is attached to the leaf spring section 84, in the exemplary embodiment on one of the leaf springs 85, e.g.
  • a strain gauge 88 is glued on, which changes its ohmic resistance when stretched, so that the stretch of the associated leaf spring 85 or the leaf spring section 84 can be measured when the upper drive spindle 66 is axially displaced relative to rigid components of the grinding/polishing head 30 or against the spring tension.
  • Strain gauges can also be attached or glued on several, e.g. two or all (here four) leaf springs 85, which can further improve the accuracy of the force measurement.
  • the measuring signals of the strain gauge(s) 88 can be amplified with a measuring amplifier 89 and transmitted to the control device of the disc grinding/polishing device 10, in particular in order to regulate the contact pressure FA ZU.
  • the measuring amplifier 89 can be attached directly to the force measuring device 80.
  • the measuring amplifier 89 is embedded in a recess 101 in the force measuring flange 81 and can be cast therein if necessary.
  • the force measuring flange 81, or the inner force distribution ring 82, the leaf spring section 84 and the outer concentric force removal ring 86 form an axially elastic spring suspension of the upper motor shaft of the upper synchronous or torque motor 60 formed by the upper drive spindle 66 and the upper rotor 62.
  • the grinding/polishing head 30 is moved axially downwards via the lifting mechanism 44 until the samples clamped in the sample holder 34 touch the grinding/polishing plate 18.
  • the samples are pressed against the grinding/polishing plate 18 with a pressing force FA, whereby a corresponding counterforce FG acts axially or vertically upwards on the upper drive spindle 66.
  • This counterforce FG causes a deformation of the leaf springs 85 and thus an expansion of the strain gauge 88, whereby the pressing force FA can be measured.
  • the samples can also be pressed individually using the individual pressure pistons 38.
  • the individual pressure pistons 38 are pneumatically operated and moved downwards against the preload of the return springs 39 against the top of the respective sample (not shown).
  • Compressed air is fed centrally into the upper drive spindle 66 via a compressed air connection 90.
  • the compressed air connection 90 is rotatable relative to the upper drive spindle 66 and directs the compressed air downwards through an axial compressed air channel 92, which extends as a central axial bore through the upper drive spindle 66.
  • An intermediate piece 94 with a radial air distributor 96 is attached to the lower end of the upper drive spindle 66.
  • the air distributor 96 directs the compressed air through an axial connecting channel 98 and respective radial distribution channels 102 to the individual pressure pistons 38 in order to actuate the individual pressure pistons 38 and press them against the inserted samples.
  • the compressed air is therefore fed through the compressed air connection 90 through the upper drive spindle 66 to the air distributor 96 and distributed via the radial air distribution channels 102 to the, for example, six, individual pressure pistons 38.
  • the upper drive spindle 66 which is firmly connected to the upper rotor 62, rotates with the air distributor 96 and the individual pressure pistons 38 as well as with the sample holder 34 attached to the lower end of the upper drive spindle 66.
  • the sample holder 34 can be attached to the bottom of the upper drive spindle 66, for example with a quick-release fastener 104.
  • the samples are firmly clamped in the sample holder 34 and the pressure force FA is applied to the sample holder 34 by advancing the entire grinding/polishing head 30 via the upper drive spindle 66, the pressure force FA being measured during the grinding and/or polishing process via the force measuring device 80.
  • the measurement result of the force measuring device 80 in the present example in the form of the change in resistance of the strain gauge 88, is transmitted to the control device of the grinding/polishing device 10, the control device actively controlling the pressure force FA in a closed control loop in response to this measurement signal.
  • the pressure force FA is measured via the force measuring device 80 or the force sensor 87 and controlled by feeding back to the control device in a closed control loop to a pressure force target value that can be entered via the input device 14.
  • the upper bearing 106 of the upper drive spindle 66 forms the floating bearing and in the present example is designed as a cylindrical roller bearing in order to compensate for the axial deformation of the force measuring device 80 during central pressure through its axial free movement.
  • a sealing ring 108 seals the upper drive spindle 66 or the upper rotor 62 against a non-rotating cover plate 110.
  • the tower section 42 is suspended, for example, from the back of a device foot 112, which forms the device base in the lower housing 12.
  • Two vertical guide rods 53a, 53b are suspended from the device foot 112 as part of the linear guides 52a, 52b.
  • the bridge section 46 to the front end of which the grinding/polishing head 30 is rigidly attached, has guide sleeves 54a, 54b that slide vertically on the guide rods 52a, 52b at its end opposite the grinding/polishing head 30.
  • the vertical lifting drive of the lifting mechanism 44 is driven by the stepper motor 48.
  • the vertical lifting drive can be designed as a spindle drive 49.
  • the stepper motor 48 drives the ball screw 50 via a coupling 116, which rotates in a spindle nut or in a ball screw guide 118 in order to effect the vertical movement of the suspension 32 and thus of the grinding/polishing head 30.
  • the stepper motor 48 can have a rotary encoder (not shown).
  • the tower section 42 can also be suspended from the device base 112 in a horizontally movable manner.
  • the tower section 42 in particular including the lifting mechanism 44, can be connected to the device base 112 in a horizontally linearly movable manner by means of horizontal linear guides 252a, 252b.
  • the tower section 42 is suspended from guide sleeves 254a, 254b, which slide horizontally on guide rods 253a, 253b.
  • the horizontal displacement mechanism 244 can be driven by a spindle drive 249, e.g. with a ball screw 250 with an electric motor 248.
  • the horizontal movement takes place, e.g., transversely to the horizontal bridge section 46. This can, for example, generate a horizontal pendulum movement of the samples when grinding the samples on the grinding/polishing plate 18. This has the advantage that the grinding or polishing disks wear evenly.
  • the disc grinding/polishing device 10 comprises a horizontal movement mechanism for the grinding/polishing head 30, by means of which the grinding/polishing head 30 including the first drive motor 60 and/or the force measuring device 80 as well as the lifting mechanism 44 are motor-movable transversely to the grinding-polishing plate 18.
  • the lower stator 164 and the lower rotor 162 form a lower electric direct drive motor, in this example in the form of a lower synchronous or torque motor 160, for the grinding/polishing plate 18.
  • the rotation drive of the grinding/polishing plate 18 is thus carried out by means of the lower synchronous or torque motor 160.
  • the lower torque motor 160 is designed as an internal rotor, so that the lower rotor 162 rotates in the lower stator 164.
  • the lower rotor 162 is hollow and coaxially accommodates the lower drive spindle 166, which is positively or frictionally connected to the lower rotor 162, in the present example positively by means of a feather key 168.
  • the lower torque motor 160 with the lower drive spindle 166 which is coaxially connected to the lower rotor 162, forms a lower coaxial direct drive 161 for the grinding/polishing plate 18, which is coaxially connected to the lower drive spindle 166 at the upper end.
  • the grinding/polishing plate 18 sits on top of the lower coaxial direct drive 161 to be driven by the lower drive spindle 166 in rotation about the lower rotation axis 20.
  • the lower drive spindle 166 extends axially through a lower rotor 162.
  • the lower rotor 162 and the lower drive spindle 166 are thus driven by the lower stator 164.
  • the lower torque motor 160 with the lower drive spindle 166 thus forms the lower coaxial direct drive 161 for the grinding/polishing plate 18 which is coaxially connected to the lower drive spindle 166.
  • the grinding/polishing plate 18 rotates to collect the grinding or polishing suspension in the collecting tray 16.
  • the grinding/polishing plate 18 can be sealed against the collecting tray 16 by means of a sealing ring 169, e.g. with a lip seal, in order to keep grinding and polishing suspension away from the drive 161.
  • the lower drive spindle 166 is mounted axially above and below the lower torque motor 160 by means of a lower bearing 170 and an upper bearing 172.
  • the bearings 170, 172 can be designed as deep groove or angular contact ball bearings, for example.
  • the grinding/polishing plate 18 is also seated on a plate holder 19 which is screwed coaxially from above to the lower drive spindle 166 and which enables easy removal of the grinding/polishing plate 18.
  • the grinding/polishing plate 18 can be held magnetically and positively on the plate holder 19, for example.
  • An annular splash guard can optionally be attached to the upper edge of the collecting tray 16 (not shown).
  • the lower drive spindle 166 extends through a central bottom opening 176 in the collecting tray 16.
  • the lower electric drive motor 160 can be flanged to the collecting tray 16 from below coaxially to the bottom opening 176.
  • the collecting tray 16 can be emptied via an outlet 178 and a drain 180.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Constituent Portions Of Griding Lathes, Driving, Sensing And Control (AREA)
  • Grinding Of Cylindrical And Plane Surfaces (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Teller-Schleif-/Poliergerät (10) zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite von insbesondere eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem rotierenden Schleif-/Polierteller (18), insbesondere zur Probenpräparation für die materialographische Analyse, umfassend: einen Schleif-/Polierkopf (30) mit einem Probenhalter zum Einsetzen einer oder mehrerer Proben, ein Untergehäuse (12) mit einer Auffangwanne (16) zum Auffangen von Schleif-und/oder Poliersuspension, einen Schleif-/Polierteller (18) in der Auffangwanne (16), wobei auf der Oberseite (18a) des Schleif-/Poliertellers (18) unterschiedliche Schleifpads, Polierpads und/oder Poliertücher lösbar befestigbar sind, um die Unterseite der von oben auf den Schleif-/Polierteller (18) aufgedrückten Proben mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch plan zu schleifen und/oder zu polieren, einen in dem Schleif-/Polierkopf (30) angeordneten ersten elektrischen Antriebsmotor für den Probenhalter (34), einen in dem Untergehäuse (12) angeordneten zweiten elektrischen Antriebsmotor für den Schleif-/Polierteller (18), eine erste Antriebsspindel (66) zum rotierenden Antreiben des Probenhalters (34), wobei der erste elektrische Antriebsmotor einen ersten Stator und einen ersten Rotor umfasst, wobei die erste Antriebsspindel (66) koaxial mit dem ersten Rotor verbunden ist, und der erste elektrische Antriebsmotor mit der ersten Antriebsspindel (66) einen ersten koaxialen Direktantrieb für den Probenhalter (34) bildet und/oder eine zweite Antriebsspindel zum rotierenden Antreiben des Schleif/ Poliertellers (18), wobei der zweite elektrische Antriebsmotor einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor umfasst, wobei die zweite Antriebsspindel koaxial mit dem zweiten Rotor verbunden ist, und der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-/Polierteller (18) bildet.

Description

Teller-Schleif-ZPoliergerät
Beschreibung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Teller-Schleif-ZPoliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite von insbesondere eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem Schleif-ZPolierteller in einer Auffangwanne, insbesondere zur Probenpräparation für die materialographische Analyse.
Hintergrund und allgemeine Beschreibung der Erfindung
Teller-Schleif-ZPoliergeräte besitzen typischerweise zwei Antriebe. Ein Antrieb sitzt unten und treibt den Schleif-ZPolierteller an. Der andere Antrieb sitzt oben im Schleif-ZPolierkopf und treibt den Probenhalter an. Der Schleif-ZPolierteller wird typischerweise mit einer Drehzahl zwischen 50 mim1 und 500 mi 1 angetrieben. Die Leistung liegt bei etwa 0,75 kW bis 1 ,5 kW für 300 mm Schleif-ZPolierteller-Durchmesser bzw. 2,2kW für 350 mm Schleif-ZPolierteller-Durchmesser.
Alles in Allem haben sich die bekannten Teller-Schleif-ZPoliergeräte in der Praxis sehr bewährt, allerdings sehen die Erfinder in Bezug auf die nachfolgend erläuterten Umstände weiteres Verbesserungspotential.
Bei bekannten Teller-Schleif-ZPoliergeräten erfolgt der Antrieb typischerweise über ein- oder dreiphasige Asynchron-Elektromotoren, die z.B. über eine Nenndrehzahl von ca. 1450 mim1 bei vierpoliger Ausführung verfügen. Um die benötigten Drehzahlen, speziell auch im unteren Drehzahlbereich, ohne Drehzahlschwankungen stabil bereitzustellen, wird die Drehzahl typischerweise über einen Riementrieb mit relativ großer Untersetzung, z.B. ca. 5:1 , auf den Schleif-ZPolierteller übertragen.
Für den Schleif-ZPolierkopf werden noch geringere Drehzahlen benötigt. Diese liegen typischerweise in etwa bei 20 mim1 bis 200 mim1. Auch der Schleif-ZPolierkopf wird typischerweise mit einer Asynchronmaschine angetrieben, ähnlich wie der Schleif-ZPolierteller unten. Daher müssen für den Schleif-ZPolierkopf die Untersetzungsverhältnisse des Riemenantriebs noch extremer gewählt werden, als für den Schleif-ZPolierteller, und liegen für den Schleif-ZPolierkopf typischerweise bei etwa 8:1 bis 10:1. Das führt allerdings in nachteiliger Weise dazu, dass die Antriebsriemenscheibe am Motor sehr klein gewählt werden muss, da der Bauraum begrenzt ist. Außerdem führt dies dazu, dass der Umschlingungswinkel der Riemenscheibe relativ klein ist.
Ein weiterer Nachteil dieser hochdrehenden Asynchronmaschinen besteht darin, dass speziell im unteren Drehzahlbereich einen sehr hoher Magnetisierungsstrom benötigt wird, um ein hohes Drehmoment zu erreichen, was aber ineffizient ist und eine große Wärmeentwicklung bewirkt.
Noch ein Nachteil der verwendeten Riemenantriebe liegt darin begründet, dass die Massenträgheit des Antriebs mit jeder Übersetzung quadratisch zunimmt. Bei einer plötzlichen Blockade des Schleif-ZPoliertellers oder am Schleif-ZPolierkopf kann das ein Durchrutschen des Riementriebs zur Folge haben, was den Verschleiß beschleunigen oder sogar zum Ausfall führen kann.
Ferner muss aufgrund der vorstehend erläuterten ungünstigen Umschlingungswinkel und kleinen Antriebsscheibendurchmesser der Riemen stärker dimensioniert werden, um die benötigten Momente übertragen zu können. Dies wiederum bedingt starke Verformungen und somit Walkarbeit, was wiederum den Verschleiß des Riemens beschleunigen kann.
Außerdem ist die vom Hersteller empfohlene Riemenspannung genau einzuhalten, was z.B. mit einem Frequenzmessgerät sichergestellt werden sollte. Wird der Riemen zu stark gespannt, kann das zu Lagerschäden am Antriebsmotor führen. Wird der Riemen zu wenig gespannt, kann er durchrutschen, was wiederum zu Verschleiß und zum komplettem Ausfall führen kann. Bei Teller- Schleif-ZPoliergeräten sollte der Riemen regelmäßig nachgespannt werden, was typischerweise beim Kunden erfolgen sollte. Beim Kunden steht allerdings zumeist kein Messgerät zur Überprüfung der Riemenspannung zur Verfügung, so dass es in der gelebten Praxis häufig vorkommt, dass der Riemen zu stark gespannt wird. Das kann zur Folge haben, dass die Lager überlastet werden, bis hin zu einem möglichen Ausfall des Antriebsmotors aufgrund eines Lagerschadens, was zu einem teuren Serviceeinsatz vor Ort beim Kunden führt. In der Anwendungspraxis von Schleif-ZPoliergeräten wird der Riementrieb in einem gewissen zeitlichen Zyklus immer wieder ersetzt, was vor Ort aber nicht unproblematisch ist. Zum einen muss das Gerät teilweise demontiert werden und zum anderen steht häufig vor Ort kein Messgerät zur genauen Ermittlung der Riemenspannung zur Verfügung, was wiederum zu den beschriebenen Folgeschäden führen kann.
Auch konstruktiv weisen die bekannten Riemenantriebe Nachteile auf. Zunächst ist eine Spannmöglichkeit erforderlich, die typischerweise durch transversales Verschieben des Elektromotors realisiert wird. Hierbei erfordern die verwendeten Riemenantriebe für den Elektromotor und den Verstellbereich für die Riemenspannung einen entsprechenden Bauraum in dem Gerät.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass durch die Riemenspannung, selbst wenn sie korrekt eingestellt ist, eine dauerhafte Querkraft auf die Antriebswellen der Schleif-ZPolierscheibe und des Schleif-ZPolierkopfes erzeugt wird.
Weiter werden die Proben bei den bekannten Teller-Schleif-ZPoliergeräten - entweder mit Einzelandruck oder mit Zentralandruck - mit einer definierten Andruckkraft gegen den rotierenden SchleifZ-Polierteller gedrückt, damit ein entsprechender Abtrag von den zu präparierenden Proben gewährleistet wird. Die Stärke der Andruckkraft variiert je nach Präparationsmethode und kann typischerweise zwischen 5 N und 100 N je Probe beim Einzelandruckverfahren und zwischen 20 N und 750 N beim Zentralandruckverfahren liegen. Die Kraft wird typischerweise pneumatisch über eine definierte Kolbenfläche erzeugt. Bauartbedingt weisen die für das Pneumatik-System verwendeten Dichtungen, Führungen, etc. Reibung auf, die nicht immer konstant ist. Die Reibung kann z.B. zwischen Haft- und Gleitreibung, durch Temperaturänderungen oder durch Verschmutzung variieren.
All das kann die Präzision des Schleifabtrags bzw. allgemein die Qualität des Schleif- und Polierergebnisses beeinträchtigen.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches hochqualitative Schleif- und Polierergebnisse gewährleistet. Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches zuverlässige und qualitativ hochwertige Andruckverfahren im Schleif-ZPolierkopf bereitstellt und eine präzise Kontrolle des Schleifabtrags gewährleistet.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches Nachteile beim pneumatischem Vorschub zum Aufbringen der Schleifkraft vermeidet, und eine Druckluftzuführung im Schleif-ZPolierkopf für den Einzelandruck der Proben mit hoher Reproduzierbarkeit und geringer Beeinträchtigung durch Temperaturschwankungen ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches den zur Verfügung stehenden Bauraum, insbesondere im Schleif-ZPolierkopf optimal ausnutzt und ggf. eine zuverlässige Messung der Andruck-Kraft beim Schleifen und/oder Polieren sowie einen präzisen einstellbaren Schleifabtrag ermöglicht.
Ein weiterer Aspekt der Aufgabe ist es, ein Teller-Schleif-ZPoliergerät bereit zu stellen, welches zuverlässig, verschleiß- und wartungsarm ist, sowie im Betrieb eine geringe Geräuschentwicklung aufweist.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Erfindungsgemäß wird ein Teller-Schleif-ZPoliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite von insbesondere eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem rotierenden Schleif-ZPolierteller, insbesondere zur Probenpräparation für die materialographische Analyse, z.B. für eine anschließende Härteprüfung oder Gefügeuntersuchung der geschliffenen und polierten Unterseite der insbesondere eingebetteten Proben bereit gestellt.
Das Teller-Schleif-ZPoliergerät weist einen Schleif-ZPolierkopf mit einem Probenhalter zum Einsetzen einer oder mehrerer eingebetteter oder nicht eingebetteter Proben auf. Der Probenhalter kann z.B. eine Aufnahmescheibe umfassen, mit mehreren, z.B. sechs symmetrisch um die Rotationsachse verteilten Probenaufnahmen zum Einsetzen jeweils einer eingebetteten oder nicht eingebetteten Probe.
Schleifen und Polieren von eingebetteten Proben erfolgt in der materialographischen Analyse z.B. nach dem Abtrennen von Probenstücken mit einer Trennmaschine und dem nachfolgenden Einbetten der Probenstücke in Einbettmaterial zur Formgebung einer mehr oder weniger genormten Form der eingebetteten Proben, z.B. in Form von Zylindern mit Durchmessern im Bereich zwischen 25 mm und 50 mm. Dies wird in der Fachwelt auch als metallographisches Einbetten bezeichnet. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät ist als Laborgerät insbesondere für solche eingebetteten Proben geeignet. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät kann allerdings auch mit nicht eingebetteten Proben arbeiten. Hierzu können die nicht eingebetteten Proben direkt in einen speziellen an die Proben angepassten Probenhalter eingesetzt werden.
Das Teller-Schleif-ZPoliergerät umfasst ferner ein Untergehäuse mit einer Auffangwanne zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension. Beim Schleifen wird typischerweise mit Wasser gekühlt, so dass die Suspension aus Schleifabtrag und Wasser in der Auffangwanne aufgefangen und über einen Abfluss der Auffangwane abgeleitet werden kann. Poliert wird unter anderem mit Poliersuspensionen, z.B. Diamantsuspensionen, die vor und/oder während des Poliervorgangs auf die Polierscheibe bzw. das Poliertuch gegeben werden. Auch die Poliersuspension kann in der Auffangwanne gesammelt und über den Abfluss abgeleitet werden.
In der Auffangwanne rotiert ein horizontaler Schleif-ZPolierteller um eine vertikale Rotationsachse. Auf der Oberseite des Schleif-ZPoliertellers können wahlweise unterschiedliche Schleifpads, z.B. Schleifpapier, Schleiffolie, dünne Schleifscheiben mit unterschiedlicher Körnung und unterschiedlichen Schleifpartikeln, z.B. Korund oder Diamant lösbar befestigt werden, um die Proben nacheinander mit unterschiedlichen Schleifpads immer feiner plan zu schleifen. Anschließend können auf dem Schleif-ZPolierteller Polierpads und/oder Poliertücher lösbar befestigt werden, um dieselben Proben nach dem Schleifen zu Polieren. Die Schleif- und Polierpads bzw. Poliertücher können z.B. auf der Oberseite der Schleif-ZPolierteller angehaftet werden, z.B. magnetisch, selbstklebend, mit Vakuum und ggf. weiteren Haftschichten. Somit wird die Unterseite der von oben auf den Schleif-ZPolierteller aufgedrückten Proben mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch plangeschliffen und/oder poliert. Vorzugsweise können mit demselben Teller-Schleif- und Poliergerät die eingebetteten bzw. nicht eingebetteten materialographischen Proben zunächst geschliffen (ggf. mit unterschiedlichen Schleifkörnungen) und unmittelbar nachfolgend poliert (ggf. mit Poliersuspensionen mit unterschiedlicher Feinheit) werden, ohne die Proben aus dem jeweils angepassten Probenhalter entnehmen zu müssen. Ggf. kann noch eine Reinigungsstation vorgesehen sein.
Das Teller-Schleif-ZPoliergerät enthält einen in dem Schleif-ZPolierkopf angeordneten oberen ersten elektrischen Antriebsmotor zum rotierenden Antreiben des Probenhalters.
Das Teller-Schleif-ZPoliergerät enthält ferner einen in dem Untergehäuse angeordneten unteren zweiten elektrischen Antriebsmotor zum rotierenden Antreiben des Schleif-ZPoliertellers.
Der Probenhalter wird von einer ersten Antriebsspindel angetrieben und der erste elektrische Antriebsmotor weist einen ersten Stator und einen ersten Rotor auf. Die erste Antriebsspindel ist koaxial, insbesondere form- oder reibschlüssig mit dem ersten Rotor verbunden und erstreckt sich insbesondere koaxial durch den ersten Rotor und den ersten Stator, derart dass der erste elektrische Antriebsmotor mit der ersten Antriebsspindel einen ersten koaxialen Direktantrieb für den Probenhalter bildet. Der Probenhalter ist insbesondere koaxial an einem unteren Ende der ersten Antriebsspindel vorzugsweise lösbar befestigt.
Alternativ oder ergänzend wird der Schleif-ZPolierteller von einer zweiten Antriebsspindel angetrieben und der zweite elektrische Antriebsmotor weist einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor auf. Die zweite Antriebsspindel ist koaxial, insbesondere form- oder reibschlüssig mit dem zweiten Rotor verbunden und erstreckt sich insbesondere koaxial durch den zweiten Rotor und den zweiten Stator, derart dass der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-ZPolierteller bildet. Der Schleif-ZPolierteller ist insbesondere koaxial an einem oberen Ende der zweiten Antriebsspindel, vorzugsweise lösbar befestigt. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät kann also entweder für den Probenhalter oder für den Schleif-ZPolierteller, oder vorzugsweise für beides, jeweils einen eigenen koaxialen Direktantrieb, wie vorstehend definiert, aufweisen.
Die Drehzahl des ersten elektrischen Antriebsmotors beträgt vorzugsweise im Bereich zwischen 20 mim1 und 200 mi 1. Die Drehzahl des zweiten elektrischen Antriebsmotors beträgt vorzugsweise im Bereich zwischen 50 mim1 und 600 mim1. Die Drehzahlen können insbesondere regelbar sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste und/oder zweite elektrische Antriebsmotor als Synchronmotor, insbesondere als mehrpoliger oder vielpoliger Torquemotor ausgebildet. Vorzugsweise sind die elektrischen Antriebsmotoren als Innenläufer ausgebildet.
Es werden also anstelle der herkömmlichen Asynchronmotoren mit Riementrieb z.B. Torquemotoren als Direktantriebe eingesetzt. Die Torquemotoren können als geberlose Synchronmotoren mit Permanentmagneten im Rotor (Permanentmagnet-Synchronmotor - PMSM) ausgebildet sein. Der jeweilige Stator kann aus mehreren Spulen bestehen, die durch entsprechende Bestromung Magnetfelder erzeugen, denen der zugehörige Rotor folgt. Die Torquemotoren können vom Stillstand bis den hier erforderlichen Maximal-Drehzahlen (ca. 200 mim1 bzw. 600 min 1) ein sehr hohes Drehmoment erzeugen und werden als Direktantrieb eingesetzt, also ohne Riementrieb oder Getriebe. Der jeweilige Rotor kann direkt koaxial auf die Antriebspindel des Schleif-ZPoliertellers bzw. des Schleif-ZPolierkopfes montiert werden und überträgt daher nur das Antriebsmoment. Die Verbindung zwischen dem jeweiligen Rotor und der zugehörigen Antriebsspindel kann z.B. durch Formschluss, z.B. mit einer Passfeder oder durch Reibschluss erfolgen. Querkräfte, die bei herkömmlichen Teller- Schleif-ZPoliergeräten durch Riemen auf die Spindel ausgeübt wurden, entfallen, was die Lagerbelastung und damit den Verschleiß erheblich reduziert. Des Weiteren ist der Antrieb fast lautlos und komplett wartungsfrei, wodurch die Servicearbeiten vor Ort beim Kunden entfallen können. Die Antriebseinheiten können insgesamt kompakt konstruiert werden, womit sich ein schlankes Design, trotz hohem Drehmoment ergibt. Vorzugsweise weist das Teller-Schleif-ZPoliergerät einen vertikalen motorisch angetriebenen Hubmechanismus auf, mittels welchem zum Planschleifen und/oder zum Polieren der Proben der Schleif-ZPolierkopf einschließlich des ersten Antriebsmotors auf den Schleif-ZPolierteller abgesenkt wird. In vorteilhafter Weise kann hiermit eine hohe Präzision für den gewünschten Abtrag erreicht werden.
Vorzugsweise weist der Hubmechanismus zumindest eine, vorzugsweise zumindest zwei Vertikalführungen, eine Umlaufspindel, z.B. eine Kugelumlaufspindel, und einen Umlaufspindel- Antriebsmotor auf. Vorzugsweise rotiert der Umlaufspindel-Antriebsmotor die Umlaufspindel und die Spindelmutter oder Umlaufführung (z.B. Kugelumlaufführung der Kugelumlaufspindel relativ zueinander, um die vertikale Hubbewegung des Schleif-ZPolierkopfes entlang der Vertikalführungen zu bewirken. Hiermit wird der Schleif-ZPolierkopf auf und ab bewegt, und damit können die Proben in dem Probenhalter beim Schleifen und/oder Polieren exakt zugestellt werden.
Der Umlaufspindel-Antriebsmotor kann z.B. als Schrittmotor mit Drehgeber ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schleif-ZPolierkopf an einer L-förmigen Aufhängung aufgehängt, welche einen vertikalen Turmabschnitt und einen horizontalen Brückenabschnitt aufweist. Der vertikale Turmabschnitt kann an einem Gerätefuß in dem Untergehäuse befestigt sein und sich von dem Gerätefuß, insbesondere an der Rückseite des Untergehäuses, vertikal nach oben erstrecken. Der horizontale Brückenabschnitt ist wiederum an dem vertikalen Turmabschnitt aufgehängt und erstreckt sich horizontal über dem Untergehäuse bis zum dem Schleif-ZPolierkopf bzw. bis an den Bereich über dem Schleif-ZPolierteller. Der Schleif-ZPolierkopf ist an dem, dem Turmabschnitt gegenüberliegenden vorderen Ende des Brückenabschnitts aufgehängt, so dass die Aufhängung zusammen mit dem Schleif-ZPolierkopf im Wesentlichen U-förmig gestaltet ist. Vorzugsweise ist der vertikale Hubmechanismus in dem vertikalen Turmabschnitt angeordnet und hebt und senkt den horizontalen Brückenabschnitt gemeinsam mit dem Schleif-ZPolierkopf und dem ersten koaxialen Direktantrieb an bzw. ab. Vorzugsweise ist die erste Antriebsspindel axial elastisch federnd an starren Bereichen des Schleif-ZPolierkopfes aufgehängt. Die erste Antriebsspindel kann oberhalb und unterhalb des ersten Rotors, insbesondere mittels Wälzlagern, vorzugsweise Kugellagern gelagert sein. Das untere Lager der ersten Antriebsspindel kann als Festlager, insbesondere mit zumindest einem Schrägkugellager oder Rillenkugellager, ausgebildet und über eine Wellenfeder vorgespannt sein, um Lagerspiel herauszunehmen.
Ferner kann das obere Lager der ersten Antriebsspindel als Loslager ausgebildet sein, insbesondere mit einem Zylinderrollenlager, um eine axiale Bewegung der ersten Antriebsspindel gemeinsam mit dem ersten Rotor relativ zu dem ersten Stator und der Aufhängung des Schleif-ZPolierkopfes aufzunehmen.
Auch die zweite Antriebsspindel ist vorzugsweise oberhalb und unterhalb des zweiten Rotors gelagert, insbesondere mit Schrägkugellagern oder Rillenkugellagern.
Zum Planschleifen und/oder Polieren mit Zentralandruck werden die Proben in dem Probenhalter insbesondere fest eingespannt. Durch Zustellen des gesamten Schleif-ZPolierkopfes einschließlich des ersten elektrischen Antriebsmotors wird über die erste Antriebsspindel eine definierte Andruckkraft FA auf den Probenhalter als Zentralandruck ausgeübt.
Mit anderen Worten kann mit dem elektromotorischen Hubmechanismus für den Schleif-ZPolierkopf der Zentralandruck über den Probenhalter bewerkstelligt werden, was eine präzise Kontrolle des Schleifabtrags ermöglicht.
Vorzugsweise wird die auf die erste Antriebsspindel des Direktantriebs wirkende Andruckkraft relativ zu dem Schleif-ZPolierkopf mit einer Kraftmesseinrichtung, insbesondere in dem Schleif-ZPolierkopf gemessen. Ferner kann mit der Kraftmesseinrichtung beim Absenken des Schleif-ZPolierkopfes auf den Schleif-ZPolierteller ein Nullpunkt des Kontakts der Proben mit dem Schleif-ZPolierteller bestimmt werden. Die Kraftmesseinrichtung misst die Andruckkraft FA insbesondere zwischen der ersten Antriebsspindel und starren Bereichen der Aufhängung des Schleif-Polierkopfes, insbesondere in Ansprechen auf die durch die Andruckkraft bewirkte elastisch federnde axiale Bewegung der ersten Antriebsspindel relativ zu starren Bereichen der Aufhängung. Beim Zentralandruck wird also die Kraft auf die Proben vorzugsweise nicht durch pneumatische Kolben aufgebracht, sondern elektromotorisch, z.B. mit einem Spindelantrieb. Dabei kann die Kraft mittels der Kraftmesseinrichtung gemessen und über dieses Signal der Antriebsmotor für den Hubmechanismus im Closed Loop geregelt werden, der wiederum z.B. über die Kugelumlaufspindel die Vorschubbewegung mit exakt der richtigen Last aufbringen kann. Ebenso kann mit dem elektromotorischen Spindelantrieb des Hubmechanismus die exakte Weglänge durch Berechnung des Motorposition, z.B. mittels des Drehgebers, ausgegeben werden. Dadurch kann auch ein genau definierter Abtrag der Proben bei genau definierter Vorschubkraft realisiert werden.
Das Schleif-ZPoliergerät weist ferner vorzugsweise eine Einrichtung zur Nullpunktsbestimmung auf, mit der der Kontakt der unteren Probenoberfläche mit dem Schleif-ZPolierteller bzw. dem Schleifpad detektiert werden kann. Damit kann der genaue Nullpunkt bestimmt werden, also die Oberfläche der Probe detektiert werden, von der aus man den Materialabtrag misst. Zur Nullpunktsbestimmung wird beim Absenken des Schleif-ZPolierkopfes das Auftreffen der Proben auf dem Schleif-ZPolierteller detektiert. Hiermit kann in vorteilhafter Weise der Materialabtrag der Proben beim Schleifprozess genau bestimmt werden. Dieser kann ggf. im hundertstel bis wenige tausendstel Millimeter Bereich bestimmt bzw. eingestellt werden, was vorteilhaft sein kann, um in bestimmte Schichten der Proben vorzudringen.
Eine genaue Einstellung des Materialabtrags ist insbesondere mit dem elektromotorischen Hubmechanismus möglich, da hiermit ein steifer Vorschubantrieb erreicht werden kann, der im Vergleich zu einer pneumatischen Kraftaufbringung unbekannte Reibungskräfte im System und Ungenauigkeiten, z.B. durch die Kompressibilität der Luft vermeidet. Die Nullpunktsbestimmung weist also in Kombination mit dem elektromotorischen Hubmechanismus einen besonderen Synergieeffekt auf.
Zur Nullpunktbestimmung, also Detektion des Kontakts mit der Probenoberfläche, kann, wie vorstehend beschrieben, insbesondere die Kraftmesseinrichtung verwendet werden, da diese schon bei der kleinsten Berührung der Proben mit dem SchleifZ-Polierteller ein messbares Signal ausgibt. Die Kraftmesseinrichtung kann einen oder mehrere Kraftsensoren, z.B. Dehnmessstreifen umfassen, welche bei Dehnung ihren elektrischen Widerstand ändern. Der zumindest eine Kraftsensor bzw. Dehnmessstreifen kann auf einem Federelement der Kraftmesseinrichtung, z.B. auf einem Blattfederelement aufgebracht sein. Die Blattfederelemente können um die erste Antriebsspindel herum angeordnet sein, vorzugsweise unter dem ersten Antriebsmotor.
Die Kraftmesseinrichtung kann ringförmig ausgebildet sein und sich vorzugsweise koaxial um die erste Antriebsspindel des ersten Direktantriebs herum erstrecken. Die Kraftmesseinrichtung kann einen Kraftverteilerring umfassen, welcher sich koaxial um die erste Antriebsspindel herum erstreckt. Die beim Zentralandruck über den Probenhalter entstehende nach oben auf die erste Antriebspindel wirkende Gegenkraft FG kann z.B. über das untere Lager (z.B. zwei Kugellager) der ersten Antriebsspindel auf den Kraftverteilerring abgetragen werden. Der Kraftverteilerring ist, z.B. mit den insbesondere radialen Blattfederelementen, auf denen der zumindest eine oder mehrere Kraftsensoren, insbesondere mit Dehnmessstreifen aufgebracht sein können, axial elastisch federnd mit der Aufhängung des Schleif-ZPolierkopfes verbunden, um über die beim Zentralandruck aufgrund der Axialbewegung der ersten Antriebsspindel relativ zur Aufhängung entstehende Dehnung der Dehnmesstreifen die Andruckkraft FA mit den Dehnmesstreifen zu messen.
Vorzugsweise ist also die Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors, d.h. die erste Antriebsspindel gemeinsam mit dem ersten Rotor axial elastisch federnd an der Aufhängung des Schleif-ZPolierkopfes aufgehängt. Die axial elastische Aufhängung der Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors bzw. der ersten Antriebsspindel an starren Bauteilen des Schleif- ZPolierkopfes erfolgt dabei vorzugsweise mittels der Kraftmesseinrichtung. Die Kraftmesseinrichtung ist vorzugsweise im Großen und Ganzen ringförmig ausgebildet und bildet einen Kraftmessflansch, welcher ringförmig um die Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors bzw. die erste Antriebsspindel angeordnet sein kann. Dabei erstreckt sich die Motorwelle des ersten elektrischen Antriebsmotors bzw. die erste Antriebsspindel koaxial durch eine zentrale Öffnung des Kraftmessflansches. Die Kraftmesseinrichtung bzw. der Kraftmessflansch sind also vorzugsweise koaxial zu dem ersten elektrischen Antriebsmotor angeordnet. Weiter vorzugsweise ist die Kraftmesseinrichtung und/oder der Kraftmessflansch gleichzeitig koaxial zu dem ersten Rotor des ersten elektrischen Antriebsmotors und koaxial zu dem Probenhalter angeordnet. Die erste Motorwelle bzw. die erste Antriebsspindel erstreckt sich vorzugsweise koaxial durch die Kraftmesseinrichtung bzw. durch den Kraftmessflansch hindurch.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Rotor axial verschieblich und koaxial federnd relativ zu dem ersten Stator aufgehängt. Der (Zentral-)Andruck bewirkt eine koaxiale Verschiebung des ersten Rotors relativ zu dem ersten Stator gegen die Federkraft der federnden Aufhängung und die Kraftmesseinrichtung misst die durch die koaxiale Verschiebung des ersten Rotors gegenüber dem ersten Stator auf die federnde Aufhängung ausgeübte Kraft.
Insbesondere bilden die erste Antriebsspindel und der erste Rotor die erste Motorwelle des ersten Antriebsmotors. Die erste Motorwelle mit der ersten Antriebsspindel und dem ersten Rotor ist insbesondere elastisch federnd an dem Schleif-ZPolierkopf aufgehängt. Die Kraftmesseinrichtung kann die Andruckkraft unmittelbar an der ersten Motorwelle, insbesondere koaxial zu der ersten Antriebsspindel und koaxial zu dem ersten Rotor bzw. zu der ersten Motorwelle des ersten Antriebsmotors messen. Wenn der Probenhalter mit den eingesetzten Proben gegen den Schleif-ZPolierteller angedrückt wird, insbesondere beim Zentralandruck, wird die erste Motorwelle relativ zu dem ersten Stator bzw. relativ zu den starren Bauteilen des Schleif-ZPolierkopfes elastisch federnd gegen die Federspannung der elastischen Aufhängung der ersten Motorwelle axial verschoben und die Kraftmesseinrichtung misst die von der ersten Motorwelle auf die elastisch federnde Aufhängung der ersten Motorwelle ausgeübte Kraft.
Die elastisch federnde Aufhängung der ersten Motorwelle bzw. die Kraftmesseinrichtung ist vorzugsweise axial zwischen dem ersten Antriebsmotor und dem unteren Lager der ersten Antriebsspindel bzw. der ersten Motorwelle angeordnet.
Um ein unverfälschtes Signal von der Kraftmesseinrichtung zu erhalten, ist es höchst vorteilhaft, wenn keine Querkräfte, z B. von einem Antriebsriemen, in die Kraftmesseinrichtung eingeleitet werden. Dies kann insbesondere mit dem ersten koaxialen Direktantrieb, z.B. mit dem Torquemotor, der ausschließlich ein Antriebsmoment in die Welle einleitet, aber die Kraftmesseinrichtung nicht beeinflusst, erreicht werden. Der axiale Direktantrieb weist also insbesondere in Kombination mit der koaxialen Kraftmesseinrichtung einen besonderen Synergieeffekt auf.
Der Rotor und der Stator des ersten Direktantriebsmotors sind also vorzugsweise axial gegeneinander verschieblich, um die axiale elastische Bewegung der ersten Antriebsspindel beim Andrücken der Proben gegen den Schleif-Polierteller aufzunehmen, insbesondere beim Zentralandruckverfahren. Die Dreh-Lagerung der ersten Antriebspindel kann ebenfalls die axiale elastische Bewegung beim Andrücken der Proben gegen den Schleif-Polierteller aufnehmen, z.B. mittels eines Zylinderrollenlagers.
Vorzugsweise kann der Benutzer einen Andruckkraft-Sollwert in eine Steuereinrichtung eingeben, welche den Hubmechanismus, insbesondere den Umlaufspindel-Antriebsmotor bzw.
Schrittmotor, steuert und einen geschlossenen Regelkreis definiert. Mit dem Regelkreis regelt die Steuereinrichtung dann während des Schleif- und/oder Polierprozesses automatisch die von dem Hubmechanismus auf den Probenhalter ausgeübte Andruckkraft auf den Schleif-ZPolierteller in Ansprechen auf den von der Kraftmesseinrichtung gemessenen Andruckkraft-Messwert aktiv auf den eingestellten Andruckkraft-Sollwert.
Vorzugsweise ist der Probenhalter als Mehrfach-Probenhalter mit mehreren Probenaufnahmen ausgebildet, die symmetrisch um die Rotationsachse der ersten Antriebsspindel herum angeordnet sind. Ggf. zusätzlich zu dem elektromotorisch angetriebenen Vorschub beim Zentralandruck kann der Schleif-ZPolierkopf mehrere Einzel-Andruckkolben aufweisen, die die Proben, die jeweils in die zugehörige Probenaufnahme eingelegt sind, einzeln kraftbeaufschlagen.
Der Probenhalter ist z.B. zur Aufnahme von 6 Proben ausgebildet, die symmetrisch um die Rotationsachse des ersten Antriebsmotors bzw. der ersten Antriebsspindel angeordnet sind, um mehrere Proben gleichzeitig plan zu schleifen und/oder zu polieren. Für den Einzelandruck werden die Proben von oben in die Probenaufnahmen eingelegt. Beim Zentralandruck werden die Proben in den Probenaufnahmen zusätzlich fest verspannt, um die gewünschte Andruckkraft zum Planschleifen und/oder Polieren zentral über die erste Antriebsspindel und den Probenhalter auf alle eingespannten Proben auszuüben. Die Einzel-Andruckkolben können pneumatisch betätigt werden. Hierzu kann Druckluft über einen, insbesondere relativ zu der ersten Antriebsspindel rotierbaren Druckluftanschluss in die erste Antriebsspindel eingeleitet werden. Der Druckluftanschluss ist vorzugsweise am oberen Ende der ersten Antriebsspindel bzw. oberhalb des ersten elektrischen Antriebsmotors angeordnet. In der ersten Antriebsspindel verläuft z.B. ein axialer Druckluftkanal, welcher die Druckluft axial durch den ersten Rotor und den ersten Stator hindurch zu einem mit der ersten Antriebsspindel rotierenden Luftverteiler unter dem ersten elektrischen Antriebsmotor leiten kann. Der Luftverteiler kann die Druckluft schließlich durch Verteilerkanäle radial auf die Einzel- Andruckkolben verteilen, um diese pneumatisch zu betätigen. Der Luftdruck kann durch ein Druckregelventil so eingestellt werden, dass die geforderte Andruckkraft auf den Schleif-ZPolierteller ausgeübt wird.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Teller-Schleif-ZPoliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite der Proben, insbesondere von eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem horizontal rotierenden Schleif-ZPolierteller, insbesondere zur Probenpräparation, z.B. als Teilschritt der Probenpräparation für die materialographische Analyse, insbesondere mit weiteren Merkmalen wie vorstehend beschrieben. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät gemäß diesem Aspekt umfasst: ein Untergehäuse mit einer Auffangwanne zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension, einen horizontalen Schleif-ZPolierteller, der in der Auffangwanne angeordnet ist und um eine vertikale Rotationsachse rotiert, wobei auf der Oberseite des Schleif-ZPoliertellers wahlweise unterschiedliche Schleifpads, z.B. Schleifpapier, Schleiffolie, dünne Schleifscheiben, unterschiedlicher Körnung, z.B. Korund, Diamant etc., Polierpads und/oder Poliertücher anhaftbar sind, um mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch die Unterseite der von oben auf den Schleif-ZPolierteller aufgedrückten Proben plan zu schleifen und/oder zu polieren, wobei im Betrieb Schleif- und/oder Poliersuspension in der Auffangwanne aufgefangen und über einen Suspensionsauslass der Auffangwanne abgeführt werden können, einen Schleif-ZPolierkopf mit einem Probenhalter zum Einsetzen einer oder mehrerer Proben, eine sich vertikal in dem Schleif-ZPolierkopf erstreckende erste Antriebsspindel, wobei der Probenhalter koaxial mit einem unteren Ende der ersten Antriebsspindel verbunden ist, um mit der ersten Antriebsspindel den Probenhalter zentral rotierend anzutreiben, einen in dem Schleif-ZPolierkopf angeordneten ersten elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der ersten Antriebsspindel, ggf. mit variabler Drehzahl, wobei der erste elektrische Antriebsmotor einen ersten Stator und einen ersten Rotor umfasst, wobei die erste Antriebsspindel koaxial, z.B. form- oder reibschlüssig, mit dem ersten Rotor verbunden ist und sich koaxial in dem ersten Rotor und dem ersten Stator erstreckt, derart dass der erste elektrische Antriebsmotor mit der ersten Antriebsspindel einen ersten koaxialen Direktantrieb für den Probenhalter bildet.
Vorzugsweise ist in dem Untergehäuse ein zweiter elektrischer Antriebsmotor für den Schleif-ZPolierteller angeordnet, wenn gleichzeitig zu dem Probenhalter auch der Schleif-ZPolierteller rotieren soll. Die Rotationen können gleichläufig oder gegenläufig sein.
Vorzugsweise bildet auch der zweite elektrische Antriebsmotor einen Direktantrieb für den Schleif-ZPolierteller. Hierzu ist eine sich vertikal aus dem Untergehäuse durch eine Bodenöffnung der Auffangwanne in die Auffangwanne erstreckende zweite Antriebsspindel umfasst, und der Schleif-ZPolierteller ist mit einem oberen Ende mit der zweiten Antriebsspindel verbunden, um mit der zweiten Antriebsspindel den Schleif-ZPolierteller rotierend anzutreiben. Der zweite elektrische Antriebsmotor umfasst einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor, wobei die zweite Antriebsspindel koaxial, z.B. form- oder reibschlüssig mit dem zweiten Rotor verbunden ist und sich koaxial in dem zweiten Rotor und dem zweiten Stator erstreckt, derart dass der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-ZPolierteller bildet.
Es existieren auch einfache Teller-Schleif-ZPoliergeräte ohne Schleif-ZPolierkopf und automatischen Andruckmechanismus, bei welchen die Probe manuell geschliffen und poliert wird. Auch in diesen einfachen Teller-Schleif-ZPoliergeräte ist es denkbar, den beschriebenen Antrieb für den Schleif-ZPolierteller einzusetzen. Daher ist auch Gegenstand der Erfindung ein Teller- Schleif-ZPoliergerät zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite der Proben, insbesondere von eingebetteten oder nicht eingebetteten Proben, mit einem horizontal rotierenden Schleif-ZPolierteller, insbesondere als Teilschritt der Probenpräparation für die materialographische Analyse, insbesondere mit weiteren Merkmalen wir vorstehend beschrieben. Das Teller-Schleif-ZPoliergerät umfasst: ein Untergehäuse mit einer Auffangwanne zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension, einen horizontalen Schleif-ZPolierteller, der in der Auffangwanne angeordnet ist und um eine vertikale Rotationsachse rotiert, wobei auf der Oberseite des Schleif-ZPoliertellers wahlweise unterschiedliche Schleifpads, z.B. Schleifpapier, Schleiffolie, dünne Schleifscheiben, unterschiedlicher Körnung, z.B. Korund, Diamant etc., Polierpads und/oder Poliertücher anhaftbar sind, um mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch die Unterseite der von oben auf den Schleif-ZPolierteller aufgedrückten Proben plan zu schleifen und/oder zu polieren, wobei im Betrieb Schleif- und/oder Poliersuspension in der Auffangwanne aufgefangen und über einen Suspensionsauslass abgeführt wird, eine sich vertikal aus dem Untergehäuse in die Auffangwanne durch eine Bodenöffnung in der Auffangwanne erstreckende zweite Antriebsspindel, wobei der Schleif-ZPolierteller in der Auffangwanne an einem oberen Ende der zweiten Antriebsspindel verbunden ist, um mit der zweiten Antriebsspindel den Schleif-ZPolierteller von unten rotierend anzutreiben, einen in dem Untergehäuse angeordneten zweiten elektrischen Antriebsmotor zum Antreiben der Rotation der zweiten Antriebsspindel, ggf. mit variabler Drehzahl, wobei der zweite elektrische Antriebsmotor einen zweiten Stator und einen zweiten Rotor umfasst, wobei die zweite Antriebsspindel koaxial, z.B. form- oder reibschlüssig mit dem zweiten Rotor verbunden ist und sich koaxial in dem zweiten Rotor und dem zweiten Stator erstreckt, derart dass der zweite elektrische Antriebsmotor mit der zweiten Antriebsspindel einen zweiten koaxialen Direktantrieb für den Schleif-ZPolierteller bildet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert, wobei gleiche und ähnliche Elemente teilweise mit gleichen Bezugszeichen versehen sind und die Merkmale der verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können.
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Es zeigen: Fig. 1 eine dreidimensionale Darstellung eines Teller-Schleif-ZPoliergeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung mit aufgeschnittenem Schleif-ZPolierkopf, Fig. 2 einen vertikalen Querschnitt durch den Schleif-ZPolierkopf des Teller- Schleif-ZPoliergeräts aus Fig. 1 ,
Fig. 3 eine dreidimensionale Darstellung einer Kraftmesseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 4 eine Draufsicht auf die Kraftmesseinrichtung aus Fig. 3
Fig. 5 einen Schnitt durch die Kraftmesseinrichtung entlang der Linie A-A in Fig. 4
Fig. 6 eine Explosionsdarstellung des Schleif-ZPolierkopfes und der Aufhängung, Fig. 7 einen vertikalen Querschnitt durch den Hubmechanismus für den Schleif-ZPolierkopf, Fig. 8 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht von vorne des Teller-Schleif-ZPoliergeräts aus
Fig. 1,
Fig. 9 einen vertikalen Querschnitt durch den Schleif-ZPolierteller mit Auffangwanne und Antrieb des Teller-Schleif-ZPoliergeräts aus Fig. 1 ,
Fig. 10 eine Explosionsdarstellung des Schleif-ZPoliertellers mit Auffangwanne und Antrieb.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Bezugnehmend auf Fig. 1 weist das Teller-Schleif-ZPoliergerät 10 ein Basisgehäuse 12 mit einer Anzeige- und/oder Eingabeeinrichtung 14, in diesem Beispiel in Form eines Touchdisplays auf, über welches der Benutzer gewünschte Betriebsparameter, wie z.B. Drehzahl des Probenhalters, Drehzahl des Schleif-ZPoliertellers, Andruckkraft, Schleifabtrag etc., in die Steuereinrichtung (nicht dargestellt) eingeben kann. Eine Auffangwanne 16 für Schleif- und Poliersuspension ist an der Oberseite 12a in das Untergehäuse 12 eingelassen. Der Schleif-ZPolierteller 18 ist in der Auffangwanne 16 angeordnet und rotiert um eine vertikale Rotationsachse 20 (Fig. 9). Auf der Oberseite 18a des Schleif-ZPoliertellers 18 kann der Benutzer wahlweise verschiedene Schleifpads, Polierpads oder Poliertücher anhaften. Schleifpads können z.B. als Siliziumcarbid- oder Diamantschleifscheiben, als Schleifpapier oder Schleiffolien ausgebildet sein.
Gegebenenfalls kann noch eine Magnetfolie als Haftträger verwendet werden. Zum Polieren können Polierpads oder Poliertücher auf der Oberseite 18a angehaftet werden, die in Kombination mit einer Poliersuspension, z.B. einer Diamantsuspension, zum Polieren verwendet werden. Über einen Wasserhahn 22 kann, z.B. zum Nassschleifen oder Spülen, Wasser auf die Schleif- oder Polierpads bzw. Poliertücher, zugeführt werden. Der Schleif-ZPolierkopf 30 ist über dem Schleif-ZPolierteller 18 an einer Aufhängung 32 aufgehängt. Am unteren Ende des Schleif-ZPolierkopfes 30 ist der zentrale Probenhalter 34, im vorliegenden Beispiel als Sechsfachprobenhalter, an der Antriebsspindel 66 des Schleif-ZPolierkopfes 30 befestigt, wobei der Probenhalter 34 um eine Rotationsachse 21 (Fig. 2) des Schleif-ZPolierkopfes 30 rotierend angetrieben wird. Dieser Probenhalter 34 ist beispielhaft für eingebettete Proben ausgebildet. Die zu schleifenden und zu polierenden, hier insbesondere eingebetteten, materialographischen Proben (nicht dargestellt) werden einzeln von oben in Probenaufnahmen 36 des Probenhalters 34 eingesetzt. Für das Schleifen und/oder Polieren mit Einzelandruck ist über jeder Probenaufnahme 36 ein pneumatisch betätigter Einzelandruckkolben 38 vorgesehen, mit welchen die in den Probenhalter 34 eingelegten Proben einzeln von oben mit Einzelandruck kraftbeaufschlagt werden können. Für das Schleifen und/oder Polieren mit Zentralandruck werden die Proben in der zugehörigen Probenaufnahme 36 verspannt und der gesamte Probenhalter 34 wird über die obere Antriebsspindel 66 des Rotationsantriebs im Schleif-ZPolierkopf 30 axial kraftbeaufschlagt, um die Proben mit einer definierten Andruckkraft FA an den Schleif-ZPolierteller 18 anzudrücken bzw. den axialen Vorschub des Schleif-ZPolierkopfes 30 zuzustellen, insbesondere um einen definierten Abtrag beim Schleifvorgang zu erreichen.
Die Aufhängung 32 für den Schleif-ZPolierkopf 30 umfasst einen vertikalen Turmabschnitt 42 mit einem Hubmechanismus 44, mittels welchem ein horizontaler Brückenabschnitt 46, an dessen vorderem Ende der Schleif-ZPolierkopf 30 aufgehängt ist, angehoben und abgesenkt wird. Zum Schleifen oder Polieren mit Zentralandruck wird der an dem Hubmechanismus 44 aufgehängte Brückenabschnitt 46 mittels des Hubmechanismus 44 nach unten bewegt, um die Andruckkraft für den Schleif- oder Poliervorgang zu bewirken. Der Hubmechanismus 44 bewegt also den kompletten Schleif-ZPolierkopf 30 zusammen mit der Aufhängung 32 in der Höhe. Hierzu weist der Hubmechanismus 44 in dem Ausführungsbeispiel einen Schrittmotor 48 mit Drehgeber auf, der den vertikalen Hub über eine Rotation einer Kugelumlaufspindel 50 bewirkt. Die Aufhängung 32 bzw. der Brückenabschnitt 46 werden dabei von zwei vertikalen Linearführungen 52a, 52b geführt, welche die Biegemomente auffangen. Der Hubmechanismus 44 ist in dem hinteren vertikalen Turmabschnitt 42 angeordnet, so dass der Turmabschnitt 42, der horizontale Brückenabschnitt 46 und der Schleif-ZPolierkopf 30, der in einem Kopfgehäuse 47 beherbergt sein kann, einen U-förmigen Arm bilden. Bezugnehmend auf Fig. 2-6 bilden der obere Stator 64 und der obere Rotor 62 einen oberen elektrischen Direktantriebsmotor, in diesem Beispiel in Form eines oberen Synchron- oder Torquemotors 60, für die Probenaufnahme 34. Der Rotationsantrieb des Probenhalters 34 erfolgt also mittels des oberen Synchron- oder Torquemotors 60 in dem Schleif-ZPolierkopf 30. Der obere Torquemotor 60 ist vielpolig und als Innenläufer ausgebildet, so dass der obere Rotor 62 in dem oberen Stator 64 rotiert. Der obere Rotor 62 ist hohl und nimmt koaxial die obere Antriebspindel 66 auf, welche form- oder reibschlüssig mit dem oberen Rotor 62 verbunden ist, im vorliegenden Beispiel formschlüssig mittels einer Passfeder 68. Somit bildet der obere Torquemotor 60 mit der oberen Antriebsspindel 66, die koaxial mit dem oberen Rotor 62 verbunden ist, einen oberen koaxialen Direktantrieb 61 für den am unteren Ende koaxial mit der oberen Antriebsspindel 66 verbundenen Probenhalter 34.
Die obere Antriebsspindel 66 ist unterhalb und oberhalb des Rotors 62 gelagert, wobei das untere Lager 70 als Festlager ausgebildet ist und Schrägkugellager oder normale Rillenkugellager umfassen kann. Im vorliegenden Fall besteht das untere Festlager 70 aus zwei Rillenkugellagern 70a, 70b. Das untere Lager 70 ist in einem Lagergehäuse 71 angeordnet und wird durch eine Wellenfeder 72 vorgespannt. Die Vorspannung dient dazu, das Lagerspiel herauszunehmen. Beide Kugellager 70a, 70b werden von einem Zwischenring 74 beanstandet und mittels einer Spannmutter 76 innen verspannt.
An der oberen Antriebsspindel 66 ist eine Kraftmesseinrichtung 80 angeordnet, die im vorliegenden Beispiel in Form eines ringförmigen Kraftmessflansches 81 ausgebildet ist und sich um die obere Antriebsspindel 66 herum erstreckt. Die ringförmige Kraftmesseinrichtung 80 weist einen inneren Kraftverteilerring 82 auf, der von der oberen Antriebsspindel 66, im vorliegenden Beispiel über das untere Lager 70, kraftbeaufschlagt wird, wenn beim Zentralandruck die Gegenkraft FG der Andruckkraft FA über den Probenhalter 34 axial auf die obere Antriebsspindel 66 wirkt. Die Kraftmesseinrichtung 80 umfasst einen Blattfederabschnitt 84, der den inneren Kraftverteilerring 82 mit einem äußeren Kraftabtragring 86 radial verbindet. Der Blattfederabschnitt 84 kann z.B. vier sich radial erstreckende Blattfedern 85 umfassen, die den inneren Kraftverteilerring 82 axial elastisch federnd mit dem äußeren konzentrischen Kraftabtragring 86 verbinden. Die einzelnen Blattfedern 85 können insbesondere gleichmäßig um die obere Antriebsspindel 66 des oberen koaxialen Direktantriebs 61 herum verteilt sein. Der äußere Kraftabtragring 86 stützt sich z.B. an einem starren Bereich des Schleif-ZPolierkopfes 30 ab. Auf dem Blattfederabschnitt 84, in dem Ausführungsbeispiel auf einer der Blattfedern 85, ist ein Kraftsensor 87 angebracht, z.B. ein Dehnmessstreifen 88 aufgeklebt, welcher bei einer Dehnung seinen ohmschen Widerstand verändert, so dass hiermit die Dehnung der zugehörigen Blattfeder 85 bzw. des Blattfederabschnitts 84 bei einer axialen Verschiebung der oberen Antriebsspindel 66 gegenüber starren Bauteilen des Schleif-ZPolierkopfes 30 bzw. gegen die Federspannung gemessen werden kann. Dehnmessstreifen können auch auf mehreren, z.B. zwei oder allen (hier vier) Blattfedern 85 angebracht bzw. aufgeklebt sein, was die Genauigkeit der Kraftmessung weiter verbessern kann. Die Messsignale des/der Dehnmessstreifen(s) 88 können mit einem Messverstärker 89 verstärkt und an die Steuereinrichtung des Teller- Schleif-ZPoliergeräts 10 übermittelt werden, insbesondere um damit die Andruckkraft FA ZU regeln. Der Messverstärker 89 kann unmittelbar an der Kraftmesseinrichtung 80 angebracht sein. Beispielsweise ist der Messverstärker 89 in einer Vertiefung 101 in dem Kraftmessflansch 81 eingelassen und kann darin ggf. vergossen werden. Mit anderen Worten bilden der Kraftmessflansch 81 , bzw. der innere Kraftverteilerring 82, der Blattfederabschnitt 84 und der äußere konzentrische Kraftabtragring 86 eine axial elastisch federnde Aufhängung der von der oberen Antriebsspindel 66 und dem oberen Rotor 62 gebildeten oberen Motorwelle des oberen Synchron- oder Torquemotors 60.
Beim Zentralandruck wird also der Schleif-ZPolierkopf 30 über den Hubmechanismus 44 axial nach unten bewegt, bis die in den Probenhalter 34 eingespannten Proben den Schleif-ZPolierteller 18 berühren. Beim weiteren vertikalen Zustellen mit Zentralandruck werden die Proben mit einer Andruckkraft FA gegen den Schleif-ZPolierteller 18 gedrückt, wodurch eine korrespondierende Gegenkraft FG axial bzw. vertikal nach oben auf die obere Antriebsspindel 66 wirkt. Diese Gegenkraft FG bewirkt eine Verformung der Blattfedern 85 und damit eine Dehnung des Dehnmessstreifens 88, wodurch die Andruckkraft FA gemessen werden kann.
Alternativ zum Zentralandruck können die Proben auch einzeln mittels der Einzelandruckkolben 38 angedrückt werden. Die Einzelandruckkolben 38 werden pneumatisch betätigt und gegen die Vorspannung der Rückstellfedern 39 nach unten gegen eine Oberseite der jeweiligen Probe (nicht dargestellt) bewegt. Zur pneumatischen Betätigung der Einzelandruckkolben 38 kann Druckluft über einen Druckluftanschluss 90 zentral in die obere Antriebsspindel 66 eingeleitet werden. Der Druckluftanschluss 90 ist relativ zu der oberen Antriebsspindel 66 drehbar und leitet die Druckluft durch einen axialen Druckluftkanal 92, der sich als zentrale Axialbohrung durch die obere Antriebsspindel 66 erstreckt, nach unten. Am unteren Ende der oberen Antriebsspindel 66 ist ein Zwischenstück 94 mit einem radialen Luftverteiler 96 befestigt. Der Luftverteiler 96 leitet die Druckluft durch einen axialen Verbindungskanal 98 und jeweils radiale Verteilerkanäle 102 zu den Einzelandruckkolben 38 weiter, um die Einzelandruckkolben 38 zu betätigen und gegen die eingelegten Proben zu drücken. Die Druckluft wird also durch den Druckluftanschluss 90 durch die obere Antriebsspindel 66 zum Luftverteiler 96 geführt und über die radialen Luftverteilerkanäle 102 auf die, z.B. sechs, Einzelandruckkolben 38 aufgeteilt.
Im Betrieb rotiert die mit dem oberen Rotor 62 fest verbundene obere Antriebsspindel 66 mit dem Luftverteiler 96 und den Einzelandruckkolben 38 sowie mit dem am unteren Ende der oberen Antriebsspindel 66 befestigten Probenhalter 34. Der Probenhalter 34 kann z.B. mit einem Schnellverschluss 104 unten an der oberen Antriebsspindel 66 befestigt werden.
Beim Zentralandruck werden die Proben fest in dem Probenhalter 34 eingespannt und die Andruckkraft FA wird durch Zustellen des gesamten Schleif-ZPolierkopfes 30 über die obere Antriebsspindel 66 auf den Probenhalter 34 aufgebracht, wobei die Andruckkraft FA während des Schleif- und/oder Poliervorgangs über die Kraftmesseinrichtung 80 gemessen wird. Das Messergebnis der Kraftmesseinrichtung 80, im vorliegenden Beispiel in Form der Widerstandsänderung des Dehnmessstreifens 88, wird an die Steuereinrichtung des Schleif-ZPoliergeräts 10 übermittelt, wobei die Steuereinrichtung in Ansprechen auf dieses Messsignal in einem geschlossenen Regelkreis die Andruckkraft FA aktiv regelt. Mit anderen Worten wird die Andruckkraft FA über die Kraftmesseinrichtung 80 bzw. den Kraftsensor 87 gemessen und durch Rückführung in die Steuereinrichtung in einem geschlossenen Regelkreis (Closed-Loop) auf einen über die Eingabeeinrichtung 14 eingebbaren Andruckkraft-Sollwert geregelt.
Das obere Lager 106 der oberen Antriebsspindel 66 bildet das Loslager und ist im vorliegenden Beispiel als Zylinderrollenlager ausgebildet, um durch seine axiale freie Beweglichkeit die axiale Deformation der Kraftmesseinrichtung 80 beim Zentralandruck auszugleichen. Ein Dichtring 108 dichtet die obere Antriebsspindel 66 bzw. den oberen Rotor 62 gegen eine nicht rotierende Deckplatte 110.
Bezugnehmend auf Fig. 7 und 8 ist der Turmabschnitt 42 z.B. an der Rückseite eines Gerätefußes 112 aufgehängt, der in dem Untergehäuse 12 die Gerätebasis bildet. An dem Gerätefuß 112 sind zwei vertikale Führungsstangen 53a, 53b als Teil der Linearführungen 52a, 52b aufgehängt. Der Brückenabschnitt 46, an dessen vorderem Ende der Schleif-ZPolierkopf 30 starr befestigt ist, weist an seinem dem Schleif-ZPolierkopf 30 gegenüberliegenden Ende auf den Führungsstangen 52a, 52b vertikal gleitende Führungshülsen 54a, 54b auf. Der vertikale Hubantrieb des Hubmechanismus 44 wird von dem Schrittmotor 48 angetrieben. Der vertikale Hubantrieb kann als Spindelantrieb 49 ausgebildet sein. Genauer treibt der Schrittmotor 48 über eine Kupplung 116 die Kugelumlaufspindel 50 an, welche in einer Spindelmutter bzw. in einer Kugelumlaufführung 118 rotiert, um die Vertikalbewegung der Aufhängung 32 und damit des Schleif-ZPolierkopfes 30 zu bewirken. Um die vertikale Hubbewegung des Schleif-ZPolierkopfes 30 genau steuern zu können, kann der Schrittmotor 48 einen Drehgeber aufweisen (nicht dargestellt).
Der Turmabschnitt 42 kann ferner horizontal verschieblich an dem Gerätefuß 112 aufgehängt sein. Hierzu kann der Turmabschnitt 42, insbesondere einschließlich des Hubmechanismus 44 mit horizontalen Linearführungen 252a, 252b horizontal linear verschieblich mit dem Gerätefuß 112 verbunden sein. Im vorliegenden Beispiel ist der Turmabschnitt 42 an Führungshülsen 254a, 254b aufgehängt, die horizontal auf Führungsstangen 253a, 253b gleiten. Dadurch kann der Turmabschnitt 42 einschließlich des Hubmechanismus 44 eine Horizontalbewegung parallel zur Schleif-ZPolierscheibe 18 ausführen. Der Antrieb des horizontalen Verschiebemechanismus 244 kann über einen Spindelantrieb 249 erfolgen, z.B. mit einer Kugelumlaufspindel 250 mit einem Elektromotor 248. Die Horizontalbewegung erfolgt z.B. quer zu dem horizontalen Brückenabschnitt 46. Dadurch kann beim Schleifen der Proben auf dem Schleif-ZPolierteller 18 z.B. eine horizontale Pendelbewegung der Proben erzeugt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Verschleiß der Schleif- oder Polierscheiben gleichmäßig erfolgt.
Allgemein definiert, umfasst das Teller-Schleif-ZPoliergerät 10 einen horizontalen Bewegungsmechanismus für den Schleif-ZPolierkopf 30, mittels dem der Schleif-ZPolierkopf 30 einschließlich des ersten Antriebsmotors 60 und/oder der Kraftmesseinrichtung 80 sowie der Hubmechanismus 44 transversal zu dem Schleif-Polierteller 18 motorisch bewegbar sind.
Bezugnehmend auf Fig. 9 und 10 bilden der untere Stator 164 und der untere Rotor 162 einen unteren elektrischen Direktantriebsmotor, in diesem Beispiel in Form eines unteren Synchronoder Torquemotors 160, für den Schleif-ZPolierteller 18. Der Rotationsantrieb des Schleif-ZPoliertellers 18 erfolgt also mittels des unteren Synchron- oder Torquemotors 160. Der untere Torquemotor 160 ist als Innenläufer ausgebildet, so dass der untere Rotor 162 in dem unteren Stator 164 rotiert. Der untere Rotor 162 ist hohl und nimmt koaxial die untere Antriebspindel 166 auf, welche form- oder reibschlüssig mit dem unteren Rotor 162 verbunden ist, im vorliegenden Beispiel formschlüssig mittels einer Passfeder 168. Somit bildet der untere Torquemotor 160 mit der unteren Antriebsspindel 166, die koaxial mit dem unteren Rotor 162 verbunden ist, einen unteren koaxialen Direktantrieb 161 für den am oberen Ende koaxial mit der unteren Antriebsspindel 166 verbundenen Schleif-ZPolierteller 18.
Der Schleif-ZPolierteller 18 sitzt oben auf dem unteren koaxialen Direktantrieb 161 , um von der unteren Antriebsspindel 166 rotierend um die untere Rotationsachse 20 angetrieben zu werden. Die untere Antriebsspindel 166 erstreckt sich axial durch einen unteren Rotor 162. Der untere Rotor 162 und die untere Antriebsspindel 166 werden also von dem unteren Stator 164 angetrieben. Somit bildet der untere Torquemotor 160 mit der unteren Antriebsspindel 166 den unteren koaxialen Direktantrieb 161 für den mit der unteren Antriebsspindel 166 koaxial verbundenen Schleif-ZPolierteller 18.
Der Schleif-ZPolierteller 18 rotiert zum Auffangen der Schleif- oder Poliersuspension in der Auffangwanne 16. Der Schleif-ZPolierteller 18 kann mittels eines Dichtrings 169, z.B. mit einer Lippendichtung, gegen die Auffangwanne 16 gedichtet sein, um Schleif- und Poliersuspension vom Antrieb 161 fernzuhalten.
Die untere Antriebsspindel 166 ist mittels eines unteren Lagers 170 und eines oberen Lagers 172 axial oberhalb und unterhalb des unteren Torquemotors 160 gelagert. Die Lager 170, 172 können z.B. als Rillen- oder Schrägkugellager ausgebildet sein. Der Schleif-ZPolierteller 18 sitzt ferner auf einer Telleraufnahme 19, die koaxial von oben an die untere Antriebsspindel 166 angeschraubt ist und die ein einfaches Abnehmen des Schleif-ZPoliertellers 18 ermöglicht. Der Schleif-ZPolierteller 18 kann z.B. magnetisch und formschlüssig auf der Telleraufnahme 19 gehalten werden.
Am oberen Rand der Auffangwanne 16 kann optional noch ein ringförmiger Spritzschutz angebracht werden (nicht dargestellt). Die untere Antriebsspindel 166 erstreckt sich durch eine zentrale Bodenöffnung 176 in der Auffangwanne 16. Der untere elektrische Antriebsmotor 160 kann von unten koaxial zu der Bodenöffnung 176 an die Auffangwanne 16 angeflanscht sein. Die Auffangwanne 16 kann über einen Auslass 178 und einen Ablauf 180 entleert werden.
Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beispielhaft zu verstehen sind und die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern in vielfältiger Weise variiert werden kann, ohne den Schutzbereich der Ansprüche zu verlassen. Ferner ist ersichtlich, dass die Merkmale unabhängig davon, ob sie in der Beschreibung, den Ansprüchen, den Figuren oder anderweitig offenbart sind, auch einzeln wesentliche Bestandteile der Erfindung definieren, selbst wenn sie zusammen mit anderen Merkmalen gemeinsam beschrieben sind.

Claims

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Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite von insbesondere eingebetteten und/oder nicht eingebetteten Proben mit einem rotierenden Schleif-ZPolierteller (18), insbesondere zur Probenpräparation für die materialographische Analyse, umfassend: einen Schleif-ZPolierkopf (30) mit einem Probenhalter (34) zum Einsetzen einer oder mehrerer Proben, ein Untergehäuse (12) mit einer Auffangwanne (16) zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension, einen Schleif-ZPolierteller (18) in der Auffangwanne (16), wobei auf der Oberseite (18a) des Schleif-ZPoliertellers (18) unterschiedliche Schleifpads, Polierpads und/oder Poliertücher lösbar befestigbar sind, um die Unterseite der von oben auf den Schleif-ZPolierteller (18) aufgedrückten Proben mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch plan zu schleifen und/oder zu polieren, einen in dem Schleif-ZPolierkopf (30) angeordneten ersten elektrischen Antriebsmotor (60) für den Probenhalter (34), einen in dem Untergehäuse (12) angeordneten zweiten elektrischen Antriebsmotor (160) für den Schleif-ZPolierteller (18), eine erste Antriebsspindel (66) zum rotierenden Antreiben des Probenhalters (34), wobei der erste elektrische Antriebsmotor (60) einen ersten Stator (64) und einen ersten Rotor (62) umfasst, wobei die erste Antriebsspindel (66) koaxial mit dem ersten Rotor (62) verbunden ist, und der erste elektrische Antriebsmotor (60) mit der ersten Antriebsspindel (66) einen ersten koaxialen Direktantrieb (61) für den Probenhalter (34) bildet und/oder eine zweite Antriebsspindel (166) zum rotierenden Antreiben des Schleif-ZPoliertellers (18), wobei der zweite elektrische Antriebsmotor (160) einen zweiten Stator (164) und einen zweiten Rotor (162) umfasst, wobei die zweite Antriebsspindel (166) koaxial mit dem zweiten Rotor (162) verbunden ist, und der zweite elektrische Antriebsmotor (160) mit der zweiten Antriebsspindel (166) einen zweiten koaxialen Direktantrieb (161) für den Schleif-ZPolierteller (18) bildet. 2. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach Anspruch 1 , wobei die Drehzahl des ersten elektrischen Antriebsmotors (60) im Bereich zwischen 20 mim1 und 200 mim1 beträgt und/oder die Drehzahl des zweiten elektrischen Antriebsmotors (160) im Bereich zwischen 50 mim1 und 600 mim1 beträgt.
3. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder zweite elektrische Antriebsmotor (60, 160) als Synchronmotor, insbesondere als Torquemotor ausgebildet ist.
4. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein vertikaler Hubmechanismus (44) umfasst ist, mittels welchem der Schleif-ZPolierkopf (30) zum Planschleifen und/oder Polieren der Proben auf den Schleif-ZPolierteller (18) abgesenkt wird.
5. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach Anspruch 4, wobei der Hubmechanismus (44) zumindest eine Vertikalführung (52a, 52b), eine Umlaufspindel (50) und einen Umlaufspindel-Antriebsmotor (48) aufweist, wobei der Umlaufspindel-Antriebsmotor (48) die Umlaufspindel (50) in einer Spindelmutter oder Umlaufführung (118) rotiert, um eine vertikale Hubbewegung des Schleif-ZPolierkopfes (30) entlang der zumindest einen Vertikalführung (52a, 52b) zu bewirken.
6. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach Anspruch 5, wobei der Umlaufspindel-Antriebsmotor (48) als Schrittmotor mit Drehgeber ausgebildet ist.
7. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der Ansprüche 4-6, wobei der Schleif-ZPolierkopf (30) an einer Aufhängung (32) aufgehängt ist, welche einen vertikalen Turmabschnitt (42) und einen horizontalen Brückenabschnitt (46) aufweist, wobei der vertikale Turmabschnitt (42) an einem Gerätefuß (112) befestigt ist und sich von dem Gerätefuß (112) vertikal nach oben erstreckt, wobei der horizontale Brückenabschnitt (46) an dem vertikalen Turmabschnitt (42) aufgehängt ist und sich horizontal über dem Untergehäuse (12) bis zum dem Schleif-ZPolierkopf (30) erstreckt, und wobei der Schleif-ZPolierkopf (30) an einem dem Turmabschnitt (42) gegenüberliegenden Ende des Brückenabschnitts (46) aufgehängt ist, und/oder wobei der Hubmechanismus (44) in dem vertikalen Turmabschnitt (42) angeordnet ist und den horizontalen Brückenabschnitt (46) gemeinsam mit dem Schleif-ZPolierkopf (30) und dem ersten koaxialen Direktantrieb (61) anhebt und absenkt.
8. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Antriebsspindel (66) oberhalb und unterhalb des ersten Rotors (62) gelagert ist, und wobei das untere Lager (70) als Festlager, insbesondere mit einem Schrägkugellager oder Rillenkugellager, ausgebildet ist und insbesondere über eine Wellenfeder (72) vorgespannt ist.
9. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Antriebsspindel (66) oberhalb und unterhalb des ersten Rotors (62) gelagert ist, und wobei das obere Lager (106) als Loslager ausgebildet ist, insbesondere mit einem Zylinderrollenlager, um eine axiale Bewegung der ersten Antriebsspindel (66) relativ zu dem ersten Stator (64) aufzunehmen,
10. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zweite Antriebsspindel (166) oberhalb und unterhalb des ersten Rotors (62) gelagert ist, insbesondere mit Schrägkugellagern oder Rillenkugellagern.
11 . Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Proben zum Planschleifen und/oder Polieren mit Zentralandruck in dem Probenhalter (34) fest einspannbar sind und durch Zustellen des gesamten Schleif-ZPolierkopfes (30) einschließlich des ersten elektrischen Antriebsmotors (60) über die erste Antriebsspindel (66) eine definierte Andruckkraft (FA) als Zentralandruck auf den Probenhalter (34) ausgeübt wird. 12. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Einrichtung zur Nullpunktsbestimmung umfasst ist, die den Kontakt der unteren Probenoberfläche mit dem Schleif-ZPolierteller (18) detektiert.
13. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die erste Antriebsspindel (66) und der erste Rotor (62) eine erste Motorwelle des ersten Antriebsmotors (60) bilden und die erste Motorwelle mit der ersten Antriebsspindel (66) und dem ersten Rotor (62) axial elastisch federnd an dem Schleif-ZPolierkopf (30) aufgehängt ist.
14. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach Anspruch 13, wobei die erste Motorwelle relativ zu dem ersten Stator (64) elastisch federnd gegen die Federspannung der elastischen Aufhängung der ersten Motorwelle axial verschoben wird, wenn der Probenhalter (34) gegen den Schleif-ZPolierteller (18) angedrückt wird, und wobei eine Kraftmesseinrichtung (80) umfasst ist, welche die von der ersten Motorwelle auf die axial elastisch federnde Aufhängung der ersten Motorwelle ausgeübte Kraft misst.
15. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Kraftmesseinrichtung (80) umfasst ist, welche die auf die erste Antriebsspindel (66) wirkende Andruckkraft (FA) relativ zu dem Schleif-ZPolierkopf (30) misst und/oder koaxial zu dem ersten elektrischen Antriebsmotor (60) und/oder koaxial zu dem ersten Rotor (62) angeordnet ist.
16. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste Rotor (62) axial verschieblich und federnd relativ zu dem ersten Stator (64) aufgehängt ist und wobei eine Andruckkraft gegen den Schleif-ZPolierteller (18) eine koaxiale Verschiebung des ersten Rotors (62) relativ zu dem ersten Stator (64) bewirkt und wobei eine Kraftmesseinrichtung (80) umfasst ist, welche die durch die koaxiale Verschiebung des ersten Rotors (62) relativ zu dem ersten Stator (66) auf die federnde Aufhängung ausgeübte Kraft misst. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der Ansprüche 14-16, wobei die Kraftmesseinrichtung (80) zumindest einen Kraftsensor (87), insbesondere zumindest einen Dehnmessstreifen (88) umfasst, welcher insbesondere radial außerhalb der ersten Antriebsspindel (66) angeordnet ist. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der Ansprüche 14-17, wobei die Kraftmesseinrichtung (80) einen Kraftverteilerring (82) umfasst, welcher sich um die erste Antriebsspindel (66) erstreckt, wobei die beim Zentralandruck über den Probenhalter (34) entstehende nach oben auf die erste Antriebspindel (66) wirkende Gegenkraft (FG), insbesondere über das untere Lager (70) der ersten Antriebsspindel (66), auf den Kraftverteilerring (82) abgetragen wird, wobei der Kraftverteilerring (82) axial elastisch mit der Aufhängung (32) des Schleif-ZPolierkopfes (30) gekoppelt ist, und wobei die Kraftmesseinrichtung (80) zumindest einen Kraftsensor (87) umfasst, mittels welchem die Andruckkraft (FA) gemessen werden kann. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der Ansprüche 14-18, wobei eine Steuereinrichtung umfasst ist, in welche ein Andruckkraft-Sollwert eingebbar ist, wobei die Steuereinrichtung den Hubmechanismus (44) steuert und einen geschlossenen Regelkreis definiert, in dem die von dem Hubmechanismus (44) auf den Probenhalter (34) ausgeübte Andruckkraft (FA) auf den Schleif-ZPolierteller (18) in Ansprechen auf den von der Kraftmesseinrichtung (80) gemessenen Andruckkraft- Messwert aktiv auf den eingestellten Andruckkraft-Sollwert geregelt wird. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Probenhalter (34) als ein Mehrfach-Probenhalter mit mehreren Probenaufnahmen (36) ausgebildet ist, die um die Rotationsachse (21) der ersten Antriebsspindel (66) herum angeordnet sind, wobei der Schleif-ZPolierkopf (30) Einzel-Andruckkolben (38) aufweist und die Proben, die in die zugehörige Probenaufnahme (36) eingelegt sind, einzeln von jeweils einem der Einzel-Andruckkolben (38) kraftbeaufschlagt werden. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach Anspruch 20, wobei die Einzel-Andruckkolben (38) pneumatisch betätigt sind, wobei die erste Antriebsspindel (66) einen Druckluftanschluss (90) zum Einleiten von Druckluft aufweist, wobei in der ersten Antriebsspindel (66) ein axialer Druckluftkanal (92) verläuft, welcher die Druckluft axial durch den ersten Rotor (62) und den ersten Stator (64) hindurch zu einem Luftverteiler (96) unter dem ersten elektrischen Antriebsmotor (60) leitet, und wobei der Luftverteiler (96) die Druckluft durch Verteilerkanäle (102) radial auf die Einzel-Andruckkolben (38) verteilt, um diese pneumatisch zu betätigen. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend einen horizontalen Bewegungsmechanismus (244) für den Schleif-ZPolierkopf (30), mittels welchem der Schleif-ZPolierkopf (30) einschließlich des ersten elektrischen Antriebsmotors (60) und/oder der Kraftmesseinrichtung (80) und insbesondere ein Hubmechanismus (44) für den Schleif-ZPolierkopf (30), transversal zu dem Schleif-Polierteller (18) motorisch bewegbar sind. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite der Proben mit einem rotierenden Schleif-ZPolierteller (18), insbesondere zur Probenpräparation, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: ein Untergehäuse (12) mit einer Auffangwanne (16) zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension, einen horizontalen Schleif-ZPolierteller (18), der in der Auffangwanne (16) angeordnet ist und um eine vertikale Rotationsachse (20) rotiert, wobei auf der Oberseite (18a) des Schleif-ZPoliertellers (18) unterschiedliche Schleifpads, Polierpads und/oder Poliertücher lösbar befestigbar sind, um mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch die Unterseite der von oben auf den Schleif-ZPolierteller (18) aufgedrückten Proben plan zu schleifen und/oder zu polieren, einen Schleif-ZPolierkopf (30) mit einem Probenhalter (34) zum Einsetzen einer oder mehrerer Proben, eine sich vertikal in dem Schleif-ZPolierkopf (30) erstreckende erste Antriebsspindel (66), wobei der Probenhalter (34) mit einem unteren Ende der ersten Antriebsspindel (66) verbunden ist, um mit der ersten Antriebsspindel (66) den Probenhalter (34) rotierend anzutreiben, einen in dem Schleif-ZPolierkopf (30) angeordneten ersten elektrischen Antriebsmotor (60) zum Antreiben der Rotation der ersten Antriebsspindel (66), wobei der erste elektrische Antriebsmotor (60) einen ersten Stator (64) und einen ersten Rotor (62) umfasst, wobei sich die erste Antriebsspindel (66) koaxial in dem ersten Rotor (62) erstreckt, und der erste elektrische Antriebsmotor (60) mit der ersten Antriebsspindel (66) einen ersten koaxialen Direktantrieb (61) für den Probenhalter (34) bildet.
24. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach Anspruch 23, ferner umfassend einen in dem Untergehäuse (12) angeordneten zweiten elektrischen Antriebsmotor (160) für den Schleif-ZPolierteller (18).
25. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach Anspruch 24, ferner umfassend eine sich vertikal aus dem Untergehäuse (12) durch eine Bodenöffnung (176) der Auffangwanne (16) in die Auffangwanne (16) erstreckende zweite Antriebsspindel (166), wobei der Schleif-ZPolierteller (18) mit einem oberen Ende der zweiten Antriebsspindel (166) verbunden ist, um mit der zweiten Antriebsspindel (166) den Schleif-ZPolierteller (18) rotierend anzutreiben, wobei der zweite elektrische Antriebsmotor (160) einen zweiten Stator (164) und einen zweiten Rotor (162) umfasst, wobei sich die zweite Antriebsspindel (166) koaxial in dem zweiten Rotor (162) erstreckt, und der zweite elektrische Antriebsmotor (160) mit der zweiten Antriebsspindel (166) einen zweiten koaxialen Direktantrieb (161) für den Schleif-ZPolierteller (18) bildet.
26. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) zum Planschleifen und/oder Polieren der Probenoberfläche an der Unterseite der Proben mit einem rotierenden Schleif-ZPolierteller (18), insbesondere zur Probenpräparation, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend: ein Untergehäuse (12) mit einer Auffangwanne (16) zum Auffangen von Schleif- und/oder Poliersuspension, einen horizontalen Schleif-ZPolierteller (18), der in der Auffangwanne (16) angeordnet ist und um eine vertikale Rotationsachse (20) rotiert, wobei auf der Oberseite (18a) des Schleif-ZPoliertellers (18) unterschiedliche Schleifpads, Polierpads und/oder Poliertücher lösbar befestigbar sind, um mit dem jeweiligen Schleifpad, Polierpad bzw. Poliertuch die Unterseite der von oben auf den Schleif-ZPolierteller (18) aufgedrückten Proben plan zu schleifen und/oder zu polieren, eine sich vertikal aus dem Untergehäuse (12) in die Auffangwanne (16) erstreckende zweite Antriebsspindel (166), wobei der Schleif-ZPolierteller (18) mit einem oberen Ende der zweiten Antriebsspindel (166) verbunden ist, um mit der zweiten Antriebsspindel (166) den Schleif-ZPolierteller (18) rotierend anzutreiben, einen in dem Untergehäuse (12) angeordneten zweiten elektrischen Antriebsmotor (160) zum Antreiben der Rotation der zweiten Antriebsspindel (166), wobei der zweite elektrische Antriebsmotor (160) einen zweiten Stator (164) und einen zweiten Rotor (162) umfasst, wobei sich die zweite Antriebsspindel (166) koaxial in dem zweiten Rotor (162) erstreckt, und der zweite elektrische Antriebsmotor (160) mit der zweiten Antriebsspindel (166) einen zweiten koaxialen Direktantrieb (161) für den Schleif-ZPolierteller (18) bildet. Teller-Schleif-ZPoliergerät (10) nach Anspruch 26, ferner umfassend einen Schleif-ZPolierkopf (30) mit einem Probenhalter (34) zum Einsetzen einer oder mehrerer Proben über dem Schleif-ZPolierteller (18), eine sich vertikal in dem Schleif-ZPolierkopf (30) erstreckende erste Antriebsspindel (66), wobei der Probenhalter (34) mit einem unteren Ende der ersten Antriebsspindel (66) verbunden ist, um mit der ersten Antriebsspindel (66) den Probenhalter (34) rotierend anzutreiben, einen in dem Schleif-ZPolierkopf (30) angeordneten ersten elektrischen Antriebsmotor (60) zum Antreiben der Rotation der ersten Antriebsspindel (66), wobei der erste elektrische Antriebsmotor (60) einen ersten Stator (64) und einen ersten Rotor (62) umfasst, wobei die erste Antriebsspindel (66) koaxial mit dem ersten Rotor (62) verbunden ist, und der erste elektrische Antriebsmotor (60) mit der ersten Antriebsspindel (66) einen ersten koaxialen Direktantrieb (61) für den Probenhalter (34) bildet.
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