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Federhärte-IMETER (Ad Hoc)

-- Federhärte(i)meter -- Anwendungsbeispiele --

Prüfung von Zugfedern und Messung der Federhärte

Die Messung der Federhärte an Spiralzugfedern kann durch eFederh2in Ad-Hoc-IMPro (= IMETER-Messprogramm) dargestellt werden. Die  vorgestellte Ausführung kann Zug- und Druckfedern für Anwendungszwecke besonders qualifizieren. Im Unterschied zu Verfahren für klassische Zugprüfmaschinen stellen wir hier eine Prüfmethode vor, die die Präzision der Feder nahe an einer Einsatzsituation prüft.

Die Ermittlung der Federhärte (auch Federkonstante oder Richtgröße genannt) erfolgt, indem die Feder zwischen  Probenhaltern eingehängt und gedehnt wird, wobei die Kraft gemessen wird. Das Verhältnis von Auslenkung und Zugkraft folgt dem Hookschen Gesetz. Im Gegensatz zum klassischen Zugversuch, wird in diesem Beispiel zur Prüfung eine Anwendungssituation simuliert: Im IMPro wird die Feder über zufällige Auslenkungen mit zufälliger Dehn­ge­schwindigkeit verformt.

Präzisionsfedern werden in Anwendungssituationen eher nicht gleichförmig deformiert wie in Zugprüfmaschinen, sondern mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten verschieden weit gedehnt oder gestaucht. Dies tut das IMPro mit dem Prüfling ebenso und ermittelt daraus die Federhärte. Die sich ergebende Streuung der Federhärte (Standardabweichung) ist dann eine, mit der für den Einsatz gerechnet werden kann. 

Das Bild rechts zeigt den verwendeten, einfachen Aufbau im IMETER-Messgerät (die Stahlfeder ist zwischen der Wägezelle und dem Lineartisch mittels Haken befestigt). Der Textblock unterhalb gibt das Ergebnis einer Beispielmessung wieder, so wie es vom IMPro generiert wird. Das Programm und ein Downloadlink sind am Ende dieser Seite abgedruckt.

Wertetabelle zur Messung der Federhärte

   Die nachfolgende Tabelle gibt die Daten der Prüfung aus: Mit 'v' die Dehngeschwindigkeit, ΔL die Änderung der Dehnung zur aktuellen Lage, 'L' die jetzt absolute Auslenkung der Feder - mit Lr als relative Verlängerung (bezogen auf die ungestörte Länge), tp die Pausenzeit vor Ablesung der Kraft, 'F' die Kraft und mit σF die Standardabweichung aus 50 Kraftmessungen. 'D' bezeichnet die sich ergebende Federkonstante.

         Zeit      v           tp         ΔL          L              Lr         F                       σF                    D

   Nr.  [s]       [mm/s]    [s]        [mm]     [mm]         [%]      [mN]                  [mN]                 [N/m]

    1.   12,0      10,7      3,2       11,897    19,217   28,0      766,809            0,011                24,743

    2.   17,8      3,85      0,47      -7,771    11,446   16,7      574,423            0,010                24,757

    3.   29,1      7,89      3,5       37,441    48,887   71,1      1494,958          0,010                24,586

    4.   35,5      5,73      2,1       -6,980     41,907   61,0      1322,709          0,002                24,678

    5.   50,7      2,79      5,0       -20,554   21,353   31,1      817,527            0,005                24,578

    6.   60,3      6,55      1,5       31,547    52,900   77,0      1593,736          0,015                24,605

    7.   75,2      3,28      6,0       -19,388   33,512   48,7      1115,952          0,003                24,643

    8.   85,4      10,5      4,3       24,981    58,493   85,1      1731,380          0,009                24,636

    9.   94,0      8,25      3,2       -19,877   38,616   56,2      1240,820          0,009                24,680

    10. 106       3,91      1,7       -26,357   12,259   17,8      593,270            0,015                24,568

    11. 114       8,83      3,0       19,054    31,313   45,6      1063,387          0,005                24,673

    12. 119       5,83      0,39      -10,037  21,276   31,0      816,039            0,011                24,644

    13. 129       12,6      4,0       32,224    53,500   77,8      1608,524          0,010                24,593

    14. 138       14,0      3,2       -33,227   20,273   29,5      790,712            0,011                24,613

    15. 147       12,0      5,4       -15,701   4,572     6,65      401,901            0,010                24,763

    16. 160       3,66      2,3       25,323    29,895   43,5      1029,233          0,011                24,773

    17. 168       5,75      1,9       -21,528   8,367     12,2      497,445            0,012                24,702

    18. 184       3,33      3,0       30,934    39,301   57,2      1259,674          0,009                24,640

    19. 196       6,01      5,0       -21,799   17,502   25,5      722,792            0,005                24,629

    20. 204       12,4      4,2       14,764    32,266   46,9      1086,725          0,004                24,650

    21. 212       9,21      2,0       21,645    53,911   78,4      1618,946          0,017                24,589

    22. 224       12,2      3,0       -39,499   14,412   21,0      646,253            0,008                24,626

    23. 232       8,89      1,7       26,838    41,250    60,0      1307,510         0,014                24,639

    24. 240       7,86      0,84      -33,700   7,550    11,0      476,916            0,025                24,647

    25. 247       13,6      2,8       17,920    25,470    37,1      920,303            0,006               24,743

Ergebnisse der Messung

  Prüfling, Bezeichnung: "Testfeder1", Gewicht: 3,4854[g], Länge der ungespannten Feder: 68,743[mm]

   Geprüfter Elongationsbereich: 4,060[mm] bis 59,481[mm]

   Die Federhärte beträgt 24,656 ±0,0608[N/m], rel. Streuung: ±0,246%

         Minimalwert (10.): 24,568, Maximalwert (16.): 24,773 [N/m]

   Temperatur bei der Messung: zu Beginn 23,65[°C] am Ende 23,67[°C]

...

 

Die Tabelle liest sich wie folgt (Zeile/Messung Nr. 1.): Die Feder wird mit der Geschwindigkeit v=10,7mm/s um ΔL=11,897mm auf Lr=28% Auslenkung gedehnt; nach tp=3,2 Sekunden wird die KFederh1raft zu F±σF=766,809 ±0,011mN gemessen. Die Federhärte beträgt D=24,743N/m. 

Das Diagramm rechts wird ebenfalls durch das IMPro erzeugt. Es zeigt die automatische Datenaufbereitung der freien Methoden. Null auf der X-Achse ist die Kontakthöhe der ungedehnten Feder in der Halterung. Weil der Lineartisch durch Bewegungen nach Unten die Feder dehnt, sind die Positionswerte negativ. Der Anfangsbereich (rot) ist nicht linear und die Steigung der Kraft-Weg-Kurve zeigt einen augenfälligen Achsenabschnitt, da die Federhärte bei geringer Elongation viel größer gewesen ist.

Beschreibung des Ablaufs und des IMPros

Das IMPro enthält einige praktische Feinheiten. Hervorzuheben ist, dass die Feder nach dem Einsetzen ein wenig gedehnt wird und dann auf eine Kontaktlast von 1mN (~0,1 Gramm) zurückbewegt wird. Das ist die Nullauslenkung; von hier aus wird die Feder durch das Programm erforscht, d.h. das Programm untersucht, wo der lineare Bereich anfängt und wie weit allenfalls gedehnt werden kann, bevor eine ansteigende Federhärte das Ende des Linearbereichs indiziert. Das Untersuchungsgebiet – sprich der Bereich, der dann für die Messung durch zufällige Positionierungen angesteuert werden kann – wird so exploriert. Federh5

Zur Verwendung des Programms für die Qualifizierung verschiedener Zugfedern sind nur wenige Ein­stellungen im IMPro an die Prüf­situation anzupassen – dazu unten mehr. Um Sprungfedern oder Druckfedern zu prüfen (vgl. Bild rechts), ist der Aufbau ent­sprechend zu ändern. Für die Druckfeder müssen allerdings im Programm ein paar Vorzeichen geändert werden. Eine einfache Sicherungsmaßnahme gegen Über­belastung der Wägezelle geht aus der Skizze hervor: Die maximale Belastung der Feder wird durch eine entsprechende Anordnung der Gewichtsstücke begrenzt. Die An­wendung auf Blattfedern ist teilweise möglich.

In den Berechnungen tauchen ei­nige Zeichen auf, die den Momen­tanwert für Position, Kraft/Gewicht und Temperatur bedeuten: F Kraft [mN] (mit Hochkomma zur Kenn­zeichnung F' für Mittelwerte, F'' für die Standardabweichung), W Wägewert [g], H[mm] die absolute Position des Lineartischs, Z[mm] die zum Bezugsniveau (Nullniveau) relative Position. t0, t1 Timer [s]. Neu ist die Verwendung von RND(x). Diese Funktion liefert eine Zufallszahl zwischen Null und x.

Wenn Sie sich bisher noch nicht mit der Programmierung auseinandergesetzt haben, mag dies eine gute Gelegenheit sein. Es finden sich für den recht einfach zu verstehenden Zusammenhang neue Elemente, die zur Modellierung eigener, spezifischer Methoden in anderen Bereichen hilfreich sein dürften. Berichtsfunktionen können auch in dezidierten Methoden-Programmen einfach eingesetzt werden und so ggf. weitere Mess/Prozessgrößen zu extrahieren.

 

IMPro: "Federhärte-meter" (Listing)

1.  ——— '-- IMPro für lineare Zugfedern --' ———————————————————————— 
2.
3.  ——— 'Automatische Bestimmung des linearen Bereiches' ————————————————————
4.  ——— 'Variationen der Zugstrecken, Geschwindigkeiten und Zwischenpausen!' —————
—————
5.  [Textvariable] "Bezeichnung_der_Feder" = Testfeder1 © Geben Sie bitte eine Bezeichung für den Prüfling ein.
6.  [rel. Bewegstrecke] "gefahrlose_Dehnstrecke" = -10 [mm-rel] © Um welche Strecke kann gedehnt werden, ohne die Feder zu beschädigen?
7.  #Einsetzen des Prüfkörpers -- (Sub) --
8.  #Ermittlung des Elongationsbereichs -- (Sub) --
9.  #Messung der Feder -- (Sub) --

 
a-- 1a   —×— SUB —×— ———————————————Einsetzen des Prüfkörpers——————————————————————————————
| 2a   #Konfiguration des Messaufbaus -- (Sub) --
| 3a   ——— '- Einsetzen der Feder -' ——————————————————————————————
| 4a   KOMPONENTEN: Gehäusebeleuchtung An
| 5a   BEWEGUNG: ==> mm "Starthöhe" , mit 5,00 mm/sec
| 6a   #Sicher Tarieren --                     (Sub) --
| 7a   DIALOG: 'Setzen Sie den Prüfling '@Bezeichnung_der_Feder@' zwischen den Haken ein.'
| 8a   [Berechnung g] "Probengewicht" = W' © Gewicht des Prüflings
| 9a   WÄGEFUNKTION: Tarieren
| 10a   #Zum Kontakt anziehen -- (Sub) --
| 11a   KOMPONENTEN: Gehäusebeleuchtung Aus
e-- 12.  ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× #Einsetzen des Prüfkörpers.

a-- 1b   —×— SUB —×— ———————————————Konfiguration des Messaufbaus———————————————————————————
| 2b   ——— '- Definition der Variablen -' ————————————————————————————
| 3b   [Zahlenangabe] "Anzahl_Einzelmessungen" = 25 [n] © ...
| 4b   [Kraftangabe] "KontaktStart" = 1 [mN] © ~0.1g => Kraftniveau zur Indizierung der einhängenden Feder (kleiner Wert für feine Federn!)
| 5b   [Absolute Höhe] "Starthöhe" = 63,5 [mm] © bequeme lage zum einsetzten des Prüflings
| 6b   [Zahlenangabe] "Aufbauhöhe" = 11,047 [n] © Geometriekonstante der Spannvorrichtung - zur Ermittlung der Probenlänge
| 7b   [Kraftangabe] "MaxKraft" = 2000 [mN] © Sicherungsbegrenzung der Zugkraft
e-- 8.  ××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× #Konfiguration des Messaufbaus.
 
a-- 1c   —×— SUB —×— ———————————————Zum Kontakt anziehen————————————————————————————————
| 2c   ——— '- auf sicheren Kontakt anziehen' ——————————————————————————
| 3c   BEWEGUNG: 0,250 mm Ab , mit 2,50 mm/sec
| 4c   SCHLEIFE: eine Anweisung zurück, max.100-Mal oder "@F - KontaktStart#mN@>0 mN" ist/wird der Fall
| 5c   Sicherungsauszug [mm-rel] = gefahrlose_Dehnstrecke *0,5 © 1/2 der sicherne Dehnung zum Kontakt festigen
| 6c   BEWEGUNG: ==> mm "Sicherungsauszug" , mit 2,50 mm/sec
| 7c   Sicherungsauszug [mm-rel] = -1* Sicherungsauszug © zurück
| 8c   BEWEGUNG: ==> mm "Sicherungsauszug" , mit 2,50 mm/sec
| 9c  [10] BEWEGUNG: 0,005 mm Ab , mit 2,50 mm/sec
| 10c   WENN "@F - KontaktStart#mN@<0 mN" DANN: Zeilen Zurück: 1
| 11c  [12] BEWEGUNG: 0,005 mm Auf , mit 2,50 mm/sec
| 12c   WENN "@F - KontaktStart#mN@>0 mN" DANN: Zeilen Zurück: 1
| 13c   ƒ Nullniveau hier setzen
| 14c    GesFederlänge = Hmax - Aufbauhöhe - H © =>Die Federlänge ergibt sich aus dem Aufbau...
e-- 15.  ×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× #Zum Kontakt anziehen•.
 
a-- 1d   —×— SUB —×— ———————————————Ermittlung des Elongationsbereichs—————————————————————————
| 2d   ——— 'Automatisierte Kartierung der Feder' ————————————————————————
| 3d   ——— 'Ermittlung der Auslenkung bis zum Erreichen der 10-Fachen Kontaktauslösekraft' —————
| 4d  [7] BEWEGUNG: 0,150 mm Ab , mit 2,50 mm/sec
| 5d   Programm BEENDEN falls "H<5 cm und Rückfrage 'Die Feder ist für das IMPro/den Aufbau ungeeignet (zu weich, zu lang)!'
| 6d   Programm BEENDEN falls "@0,3* MaxKraft - F #mN@<0  mN und Rückfrage 'Die Feder ist für das IMPro/den Aufbau ungeeignet (zu hart, zu kurz)!'
| 7d   WENN "@F - 75* KontaktStart#mN@<0 mN" DANN: Zeilen Zurück: 3
| 8d   Inkrement_Elongation [mm-rel] = Z © Die Strecke, die für eine gewisse Spannung sorgt
| 9d   BEWEGUNG: ==> mm "Inkrement_Elongation" , mit 2,50 mm/sec
| 10d   SCHLEIFE: eine Anweisung zurück, 2-Mal ausführen • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •
| 11d   ——— 'Die Feder hat anfangs - bis zum Proportionalbereich - eine größere Härte' ————————
| 12d   F_Start [mN] = F © Kraft vor der Auslenkung
| 13d   BEWEGUNG: ==> mm "Inkrement_Elongation" , mit 2,50 mm/sec
| 14d   F_DeltaA [mN] = F - F_Start © Änderung der Kraft über die Auslenkung
| 15d   ——— 'Auszug bis die Härtezunahme abflacht!' ———————————————————————
| 16d  -a- F_Start [mN] = F © Kraft vor der Auslenkung
| 17d  -|- F_DeltaB [mN] = F_DeltaA © Vergleichswert
| 18d  -|- BEWEGUNG: ==> mm "Inkrement_Elongation" , mit 2,50 mm/sec
| 19d  -|- F_DeltaA [mN] = F - F_Start © Änderung der Kraft über die Auslenkung
| 20d  -|- KRAFTMESSUNG: 1-Mal
| 21d  -|- Programm BEENDEN falls "H<4 mm und Rückfrage 'Die Feder ist für das IMPro/den Aufbau ungeeignet (zu weich, zu lang)!'
| 22d  -|- Programm BEENDEN falls "@0,5* MaxKraft - F #mN@<0 mN und Rückfrage 'Die Feder ist für das IMPro/den Aufbau ungeeignet (zu hart, zu kurz)!'
| 23d  -a- SCHLEIFE: auf Zeile 16 zurückspringen, max.100-Mal oder "@F_DeltaB - 0,95* F_DeltaA #mN@<0 mN" ist/wird der Fall
| 24d   Programm BEENDEN falls "letzte Schleife durchgelaufen und Rückfrage 'Feder mit progressiver Härte??'
| 25d  
| 26d   Federkonstante [mN/mm] = abs( F_DeltaA / Inkrement_Elongation )
| 27d   min_ElongNiveau[ mm] = H © Die unterste Position der Untersuchungsstrecke
| 28d   minDehnung [mm] = Z *(-1) © "Z" ist bei min.Kontaktkraft "0" - Alle Dehungen sind relativ zu dem NullNiveau negativ
| 29d   Strecke_MinPos_bis_MaxF [mm] = Inkrement_Elongation *( MaxKraft - F ) / F_DeltaA © theoret. Dehung (Weg) bis zur max.-Kraft
| 30d   Inkrement_Elongation [mm-rel] = Strecke_MinPos_bis_MaxF / ( Anzahl_Einzelmessungen +1)
| 31d   WENN "@H - Strecke_MinPos_bis_MaxF#mm@<0 mm" DANN: Berechnen: Inkrement_Elongation:=-1* H / ( Anzahl_Einzelmessungen +1)
| 32d   SPRUNG: 6 Zeilen Vor
| 33d  
| 34d   ——— 'Automatisierte Kartierung der Feder - mit Überlastsicherung (10%iger Zunahme von D)' ——
| 35d  -b- WENN "@Z - gefahrlose_Dehnstrecke #mm@>0 mm" DANN: Zeilen Vor: 2
| 36d  -|- WENN "@100*( D_Aktuell - Federkonstante )/ D_Aktuell #%@>50 %" DANN: Zeilen Vor: 7
| 37d  -|-[35] Federkonstante [mN/mm] = D_Aktuell © (ggf. verwendung gleitender Mittelwerte)
| 38d  -|-[32] F_Start [mN] = F © Kraft vor der Auslenkung
| 39d  -|- WENN "@H + Inkrement_Elongation #mm@<0,02 mm" DANN: Zeilen Vor: 4
| 40d  -|- BEWEGUNG: ==> mm "Inkrement_Elongation" , mit 2,50 mm/sec
| 41d  -|- KRAFTMESSUNG: 1-Mal
| 42d  -|- D_Aktuell [mN/mm] = ( F - F_Start )/ abs( Inkrement_Elongation )
| 43d  -b-[36] [39] SCHLEIFE: auf Zeile 35 zurückspringen, max."Anzahl_Einzelmessungen"-Mal oder "@F - MaxKraft#mN@>0 mN" ist/wird der Fall
| 44d  
| 45d   max_ElongNiveau [mm] = H © Die oberste Liftposition (max.Dehung) zur Prüfung
| 46d   maxDehnung [mm] = Z *(-1)
| 47d   [Textvariable] "_ElongBereich" = @minDehnung@ bis @maxDehnung@
| 48d   BEWEGUNG: ==> mm "min_ElongNiveau" , mit 10,5 mm/sec
e-- 49.  ×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× #Ermittlung des Elongationsbereichs.
 
 
a-- 1e   —×— SUB —×— ———————————————Messung der Feder—————————————————————————————————
| 2e   ——— 'Temperatur aufzeichnen und Vorbereitung' —————————————————————
| 3e   ƒ t0 starten
| 4e   PrüfTemperaturA [°C] = T © (die Federhärte ist temperaturabhängig)
| 5e  
| 6e   D_min = 1E+99 © Startwert der Variablen für den Minimumindex
| 7e   ——— '- Die Prüfung -' ——————————————————————————————————
| 8e   BEWEGUNG: ==> mm "Inkrement_Elongation" , mit 2,50 mm/sec
| 9e   Zufalls-Pause: 0 bis r5sec
| 10e   F_Start [mN] = F' © Kraft vor der Auslenkung
| 11e  [37] lfnmr = lfnmr +1 © zähler
| 12e   Pos_Start [mm] = Z © Ausgangslage vor Dehnung
| 13e  [16] [17] ——— 'Zufallswerte für Auslenkung und Geschwindigkeit' ——————————————
| 14e   Pos_Elongation [mm] = min_ElongNiveau +RND( max_ElongNiveau - min_ElongNiveau ) © Die 'zufällige' Strecke (Position zur Dehung)
| 15e   Pos_Geschw [mm/s] = 1+RND(15) © Die 'zufällige' Dehngeschwindigkeit (nicht unter 1mm/sec)
| 16e   WENN "@ abs( H - Pos_Elongation )/ Pos_Geschw #s@<1 s" DANN: Zeilen Zurück: 3
| 17e   WENN "@ abs( H - Pos_Elongation )/ Pos_Geschw #s@>12 s" DANN: Zeilen Zurück: 4
| 18e   ƒ t1 starten
| 19e   BEWEGUNG: ==> mm "Pos_Elongation" , mit "Pos_Geschw" mm/sec
| 20e   Zufalls-Pause: 0 bis 5sec
| 21e   KRAFTMESSUNG: 1-Mal
| 22e   ZeitNp [s] = t1 - abs( Pos_Start - Z )/ Pos_Geschw - 0,002 © genaue Zeit nach der Positionierung
| 23e   F_Aktuell [mN] = F' © Kraft nach der Auslenkung
| 24e   Federkonstante [mN/mm] = ( F_Aktuell - F_Start )/ ( Pos_Start - Z )
| 25e   F_Start [mN] = F_Aktuell © Kraft vor der Auslenkung
| 26e   ƒ Berichtsausgabe: '{\b\FS22 Werteta.. / @lfnmr@. @t0##-3@ @Pos_Geschw##-3@ @ZeitNp##-2@ @ Pos_Start - Z##3@ @-1* Z##3@ @…
| 27e   ——— 'Extremwerten aufzeichnen' ————————————————————————————
| 28e   WENN "@D_max - Federkonstante#mN/mm@<0 mN/mm" DANN: Berechnen: ii_max:=lfnmr
| 29e   WENN "@D_max - Federkonstante#mN/mm@<0 mN/mm" DANN: Berechnen: D_max:=Federkonstante
| 30e   WENN "@D_min - Federkonstante#mN/mm@>0 mN/mm" DANN: Berechnen: ii_min:=lfnmr
| 31e   WENN "@D_min - Federkonstante#mN/mm@>0 mN/mm" DANN: Berechnen: D_min:=Federkonstante
| 32e   ——— 'Summationen zur Statistik' —————————————————————————————
| 33e   sum_D = sum_D + Federkonstante © summation
| 34e   ²sum_D = ²sum_D + ( Federkonstante )^2 © summation
| 35e   [Textvariable] "Statistik_MW&Stabw" = @ sum_D / lfnmr ##3@ ±@SQR(1/( lfnmr -1)* ( ²sum_D - ( sum_D ^2 / lfnmr )))#N/m#4@ © summation
| 36e   ——— 'Aktuelle Daten der Federhärte: @Statistik_MW&Stabw@' ———————————————
| 37e   WENN "@Anzahl_Einzelmessungen - lfnmr#n@<>;0 n" DANN: Zeilen Zurück: 26
| 38e  
| 39e   PrüfTemperaturB [°C] = T © (die Federhärte ist temperaturabhängig)
| 40e   relStdAbw = 100* SQR(1/( lfnmr -1)* ( ²sum_D - ( sum_D ^2 / lfnmr ))) / ( sum_D / lfnmr )
| 41e   ƒ Berichtsausgabe: '{\b\FS22 Ergebnisse der Messung} Prüfling, Bezeichnung: "{\b @Bezeichnung_der_Feder@}", Gewicht: @P'...
| 42e   #Ende der Messung -- (Sub) --
e-- 43.  ×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× #Messung der Feder•.
 
a-- 1f   —×— SUB —×— ———————————————Sicher Tarieren———————————————————————————————————
| 2f   ——— '<wägezelle auf="" stabiles="" "0"="" einstellen="">' ———————————————————————
| 3f  [6] Stop für 0,300 [sec]
| 4f   SCHLEIFE: eine Anweisung zurück, max.25-Mal oder "|dW|=0 mg" ist/wird der Fall
| 5f   WENN "letzte Schleife durchgelaufen" DANN: Meldung (Halt): !! Achtung - Nullstellen der Wägezelle gelingt nicht! (Prüfling schleift)?
| 6f   WENN "letzte Schleife durchgelaufen" DANN: Zeilen Zurück: 3
| 7f   WÄGEFUNKTION: Tarieren
e-- 8.  ×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× #Sicher Tarieren.
 
a-- 1g   —×— SUB —×— ———————————————Ende der Messung—————————————————————————————————
| 2g   ƒ Sprungziel bei Abbruch - ggf. erfolgt Ausführung ohne Rückfrage!
| 3g   KOMPONENTEN: Gehäusebeleuchtung An
| 4g   [Zahlenangabe] "²sum_D" = 0 [n] © Zurücksetzen der Variablen (wg. Wiederholung)
| 5g   [Zahlenangabe] "D_max" = 0 [n] © Zurücksetzen der Variablen (wg. Wiederholung)
| 6g   [Zahlenangabe] "lfnmr" = 0 [n] © Zurücksetzen der Variablen (wg. Wiederholung)
| 7g   [Zahlenangabe] "sum_D" = 0 [n] © Zurücksetzen der Variablen (wg. Wiederholung)
| 8g   [Zahlenangabe] "²sum_D" = 0 [n] © Zurücksetzen der Variablen (wg. Wiederholung)
| 9g   BEWEGUNG: ==> mm "Starthöhe" , mit 10,5 mm/sec
| 10g   KOMPONENTEN: Gehäusebeleuchtung Aus
e-- 11.  ×××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××××× #Ende der Messung•.
   

Anpassungen am IMPro

Bezeichnung des Prüflings: In Zeile 5 den Namen ins IMPro schreiben oder mit "?" einen Dialog zur Namenseingabe mit der Ausführung des Programms erzwingen. 
Aufbau: In Zeile 5b den absoluten Positionswert des Lineartischs angeben, bei dem die Probenhalter auf gleicher Höhe sind (Direktsteuerung verwenden!).
Federbereich: In Zeile 6 eine Auslenkung angegeben, die das Programm als Startwert für die Erforschung verwenden kann, ohne zu überdehnen. Entsprechend der Feinheit der Prüfung und der Feder die Maximalkraft begrenzen (Zeile 7b.) ggf. auch die Kontaktindikation verkleinern (4b).
Federlänge: Zum bequemen Einsetzen der Feder Zeile 5b im Unterprogramm den passenden Wert für die Startposition angeben. Eine Auslenkung angeben, die das Programm als Startwert für die Erforschung verwenden kann, ohne zu überdehnen.
Prüfzyklen: In Zeile 3b eine Zahl angeben - so viele Einzelmessungen werden ausgeführt und so viele Zeilen erhält dann die Wertetabelle. 
Der Zufall: In den Zeilen 14e und 15e wird der Bereich definiert, über den die "Zufallsvariablen" für Auslenkung und Geschwindigkeit Werte annehmen können. "min_ElongNiveau +RND( max_ElongNiveau - min_ElongNiveau ) " liefert die absolute Liftposition zu im Unterprogramm "Ermittlung des Elongationsbereichs" gelernten Positionen. Die Deformationsgeschwindigkeit ist mit "1+RND(15)" angegeben - dieser Wertebereich kann unmittelbar geändert werden: wenn z.B. auch viel kleinere Geschwindigkeiten erlaubt werden sollen, ersetze man die "1" durch eine kleinere Zahl. Wichtig ist noch Zeile 16e und 17e zu beachten, um zu kurze oder zu schnelle Verformungen auszuschließen. Die Zufallspause (für Analysen der Einschwingproblematik aus der Datenwolke) könnte in Zeile 20e auch auf 0 oder einen Festwert gesetzt werden.

Der Bericht – Wertetabelle und Ergebnis: Der Bericht wird durch zwei Zeilen hervorgerufen: Zeile 26e erzeugt die Wertetabelle, Zeile 41e den Beitrag "Ergebnis". Im Editor für IMProe klicken Sie mit gedrückter Strg-Taste auf die Zeile und bekommen den Berichtsassistent angezeigt:

Federh3

Nebst einer Anleitung bietet das Assistenzformular eine Auflistung der Variablen, die im IMPro erzeugt werden.

Federh4

Um andere Daten für die Dokumentation der Messung zu extrahieren, können die Einträge frei erweitert und geändert werden. Aktuell findet sich für die formatierte Ausgabe des ersten Teils:

{\b\FS22 Ergebnisse der Messung}
Prüfling, Bezeichnung: "{\b @Bezeichnung_der_Feder@}", Gewicht: @Probengewicht@, Länge der ungespannten Feder: @GesFederlänge@
Geprüfter Elongationsbereich: @_ElongBereich@
{\b Die Federhärte beträgt @Statistik_MW&Stabw@, rel. Streuung: ±@relStdAbw##-3@%}<br< a="">> Minimalwert (@ii_min@.): @D_min##3@, Maximalwert (@ii_max@.): @D_max##3@ [N/m]
Temperatur bei der Messung: zu Beginn @PrüfTemperaturA@ am Ende @PrüfTemperaturB@

(Variable und Terme sind in "@" eingefasst. Nachgestellte '#' Zeichen bedeuten die Einheitenauszeichnung und Dezimal- bzw. Ergebnisstellen. Um drei Stellen ohne Einheitenangabe auszugeben: "##-3", um drei Dezimalen in der Einheit "Cd" anzugeben: "#Cd#3"). In den Feldern können RTF-Codes zur Formatierung der Ausgabe eingesetzt werden (Übersicht zu RTF-Formatierung); z.B. {\i\b kursiv und fett} führt im Bericht zu kursiv und Fett.

Systemelastizität: Präzisionsmessungen benötigen ggf. Erweiterungen. Zwar berücksichtigt IMETER die durch eine veränderliche Last an der Wägezelle verursachte elastische Auslenkung durch einen Eintrag in der Konfiguration und korrigiert so automatisch die Position, die Elastizität des Messaufbaus kommt jedoch hinzu! (Beispiel in der Methoden-Doku zu IMETER Methode Nr.20 "Auto-Gillmore", diese ist im Downloadbereich verfügbar).

Präzisionsmessungen: Die Temperatur bestimmt das E-Modul - mithin die Federhärte. Der Vorschlag ist, hier ein Doppelwand-Temperiergefäß (=>IMETER Standardgefäß für die Oberflächenspannungsmessung) zu verwenden und die Feder unter Öl bei verschiedenen Temperaturen zu messen.
Für die Bestimmung der Schwerebeschleunigung (Fallbeschleunigung), wofür exakte Federn prinzipiell eingesetzt werden können, sind zusätzlich zwei Sachverhalte zu bedenken: 1. Die im IMPro verwendete Kraft, Symbol F, wird mit der IMETER Systemvariable der Fallbeschleunigung g (in der Konfiguration; i.d.R. nach GRS80 für den Stationsort bestimmt) gemäß F=m*g berechnet! (d.h. F=W*g => das IMPro müsste also über den Wägewert, Symbol W, formuliert werden) -- 2. Es sollte nicht die Gesamtauslenkung einer mit einem Massestück ausgezogenen Feder passender Härte (was mit Auflösung bis unter 1µm möglich wäre), sondern die Kraft (Wägewert!) zur absoluten Auslenkung bestimmt werden. Das ist einfacher und präziser als ein extrem erschütterungsempfindlicher 'Seismometer'-Aufbau
Mit dieser Methode steht also ein weiteres völlig skalierbares, transparentes, versteh- und veränderbares Werkzeug zur Verfügung, womit eben auch Werkzeuge für weitere Zwecke dargestellt werden können.

Download IMPro: DownloadIco Federhaerte-meter.zip (in das Verzeichnis "..\imeter\MessPrgs" zu entpacken).