Basisprüfung (Beispiel) Frühling 2003 Produkte-Entwicklung Maschinenkonstruktion

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1 1 Basisprüfung (Beispiel) Frühling 2003 Produkte-Entwicklung Maschinenkonstruktion Name: Saal Nr.: Vorname: ETH - Nr.: Berechnungen Aufgabe Nr. Max. Anzahl Punkte Erzielte Punkte Total 110 Noten: 90 Punkte => Note 6,0 54 Punkte => Note 4,0 Für die Erlangung der max. Anzahl von Punkten müssen alle Annahmen, der Lösungsweg (alle Formeln) und die numerischen Werte niedergeschrieben werden.

2 2 1. Aufgabe (Innovations-Prozess) 12 Punkte a) erklären Sie den Begriff Produkt-Innovation. b) stellen Sie den Innovations-Prozess (vom Markt zum Markt) und seine wichtigsten Teilprozesse graphisch dar (Innovationspfeil). c) aus welchen Teilprozessen setzt sich der Marktleistungs-Prozess zusammen? Beschreiben Sie kurz die Inhalte dieser Teilprozesse (in Stichworten). d) was ist das Marktleistungs-Profil? e) was ist Pflichtenheft, was beinhaltet es und wofür wird es verwendet? f) zu welchem Prozess gehört der Gestaltungsprozess? Geben Sie stichwortartig die Strategien des Gestaltens an.

3 3 2. Aufgabe (Kosten) 5 Punkte Ein kleineres Unternehmen soll für einen Kunden ein Produkt (einmalig) entwickeln, herstellen und liefern. Zu welchem Brutto-Verkaufspreis kann die Firma eine Offerte machen? gegebene Daten, bzw. Schätzungen: eingekauftes Material kostet 6'000.- Fr. der Konstrukteur braucht für die Abklärung 4 Stunden, für die eigentliche Konstruktion 55 Stunden und für die Betreuung der Fertigung 6 Stunden die Fertigung braucht für spanendes Bearbeiten, Schweissarbeiten und Montage total 40 Stunden. Stundensatz des Konstrukteurs Fr/Stunde durchschnittlicher Stundensatz der Fertigung Fr/Stunde die Materialgemeinkosten betragen 10% allg. Vertriebskosten betragen 8% der Herstellkosten allg. Verwaltungskosten betragen 10% der Herstellkosten Marge des Unternehmens ist 20% der Selbstkosten für die Dokumentation(Bedienungsanleitung), Verpackung und Fracht(Porto) fallen Kosten von Fr an.

4 4 3. Aufgabe (Funktionsstruktur) 10 Punkte a) Erklären Sie die Funktion und die Wirkprinzipien der im Bild dargestellten Vorrichtung. b) Erstellen Sie die zugehörige Funktionsstruktur in hierarchischer Darstellung. c) Fertigen Sie zu dieser Vorrichtung die Prinzipskizze an.

5 5 4. Aufgabe (Gesamtlösungsvarianten) 5 Punkte Das nachfolgende Bild zeigt die schematische Darstellung eines morphologischen Kastens. Die Kreuze symbolisieren jeweils eine Lösungsmöglichkeit für die entsprechende Teilaufgabe (Funktion). Nachdem der morphologische Kasten im Rahmen eines Brainstormings erstellt wurde, ergibt eine Analyse der Teillösungen, dass die Teillösung B2 mit den Teillösungen C2 und C3 unverträglich ist. a) wie viele Gesamtlösungen sind bei Berücksichtigung dieser Unverträglichkeiten noch möglich? b) welche Strategien für morphologischen Kasten gibt es, um die Vielzahl der möglichen Konzeptvarianten auf ein vernünftiges Mass zu reduzieren. Teillösungen A x x x Teilfunktionen B x x C x x x x D x x x E x x

6 6 5. Aufgabe (Werkstoffe) 4 Punkte a) Zu welcher Klasse der Stähle gehört folgender Stahl? X5CrNi18-10 b) Was bedeuten die einzelnen Bezeichnungen? c) Welche markanten Eigenschaften besitzt dieser Stahl und wo findet er Anwendung? Ist dieser Stahl schweissbar?

7 7 6. Aufgabe (Werkstoffe) 6 Punkte Teilen Sie die Polymere in Klassen ein, nennen Sie die wichtigsten Unterschiede und deren Eigenschaften. Geben Sie jeweils 2-3 Beispiele für die Anwendung an.

8 8 7. Aufgabe (Werkstoffwahl, Montage) 12Punkte Für einige Maschinenteile des auf der nächsten Seite abgebildeten Radsatzes werden folgende Werkstoffe gegeben: Werkstoff C35E S275 (St44) S235 (St37-2) S205 (St34-2) 34Cr4 (8.8) GS255(GS-45) GGG40 Silikongummi Filz a) Teilen Sie in der nachvollgenden Tabelle diese Werkstoffe den zugehörigen Maschinenteilen zu. Geben Sie die entsprechenden Herstellungsverfahren bzw. Art der Bearbeitung an. Pos. Benennung Werkstoff 1 Rad 2 Achse 3 U-Profil 4 Dichtung 5 Distanzbüchse 6 Deckel 7 Scheibe 8 Flachdichtung 9 Schraube M20 alternativer Werkstoff Herstellungsverfahren Bearbeitung b) Beschreiben Sie die Einzelschritte der Montage des Rades auf die Achse in der richtigen Reihenfolge. c) Was heisst Vergüten, velches Teil wurde vergütet und wieso?

9 9

10 10 8. Aufgabe (Fehlersuche, Gestaltung) 16 Punkte a) Das dargestellte Getriebe mit Kegelradstufe enthält sowohl funktionale als auch zeichnerische Fehler. Markieren Sie jeden Fehler in der Zeichnung mit einer Positionsnummer und beschreiben Sie in wenigen Stichworten den Fehler in der nachfolgenden Tabelle. b) gestalten Sie den Deckel A als Drehteil um und zeichnen Sie von diesem eine Teilzeichnung von Hand (mit Vermassung, Oberflächennangaben, Material) c) beschreiben Sie die einzelnen Bearbeitungsschritte bei der Herstellung in der richtigen Reihenfolge (numerieren Sie dazu die bearbeiteten Flächen).

11 11 Nr. Beschreibung der Fehler

12 12 9. Aufgabe (Schraubenbefestigung) 4 Punkte a) Skizzieren Sie normgerecht die Befestigung der Platte 1 an einer Aluminiumwand mit Sackloch 2 mit einer M16 Sechskantkopfschraube mit Gewinde bis Kopf. b) Welche Schraubenlänge empfehlen Sie? c) Vermassen Sie korrekt das Gewinde im Sackloch.

13 Aufgabe (Passungen, Toleranzen) 9 Punkte a) Drei von den aufgezählten Passungen sind im nachfolgenden Bild dargestellt: H7/h6 ; K7/h6 ; P7/h6 ; H6/s6 ; H7/r6 ; H7/f6 ; H6/g6 Tragen Sie die drei entsprechenden Passungen im Bild ein, und geben Sie an, um welche Sitze es sich handelt.(die schraffierten Flächen geben die Toleranzfelder an.)

14 14 b) Ein Dichtring mit dem Profildurchmesser d 1 = 7±0,25 mm soll, um ausreichend abzudichten, mindestens 10 %, zur Vermeidung übermässiger Beanspruchung jedoch höchstens 20 % des Profildurchmessers zusammengedrückt werden. Bestimmen Sie das Nennmass und die Toleranzen für den Durchmesser D der Eindrehung so, dass die Mindestpressung nicht unterschritten und die Höchstpressung nicht überschritten wird. Geben Sie die normgerechte Masseintragung für D an.

15 Aufgabe (Reibung, Bauteilfestigkeit) 12 Punkte Der Bremshebel einer Backenbremse wird mit der Kraft F gemäss Bild belastet. Daten: Kraft F = 600 N Reibzahl µ = 0,5 Werkstoff des Hebels und der Gelenkgabel: E295 (St50-2) σ s = 295 N/ mm 2 (Streckgrenze) Werkstoff des Bolzens: 35S20 (Automatenstahl) σ s = 400 N/ mm 2 (Streckgrenze) Sicherheit gegen Fliessen S F = 1,5 Abmessungen sind dem nachstehenden Bild zu entnehmen Bolzen als aufliegender Träger (Spielpassungen) a) Berechnen Sie die Lagerreaktionen im Gelenk und stellen Sie den Verlauf der Normalkraft N, der Querkraft Q und des Biegemomentes M b entlang des Bremshebels graphisch dar. b) Überprüfen Sie die Festigkeit an der gefährdeten Stelle in der Mitte des Bolzens und zeichnen Sie den dazugehörigen Mohr'schen Spannungskreis.

16 Aufgabe (Bauteilbeanspruchung) 10 Punkte Ein zylindrischer Rundstab wird gemäss Figur auf einem starren Werkzeugmaschinentisch befestigt und gegen Verdrehung gesichert, indem ein Flachstab aus Stahl durch zwei Kopfschrauben bis zum vollständigen Aufliegen des Stabes auf den Klötzen festgespannt wird. Die Klötze sind als starr zu betrachten. Werkstoffdaten: Stahl: E = N/m 2 Kupfer: E = N/m 2 σ s = 240 N/ mm 2 (Streckgrenze) a) Berechnen Sie die Anpresskraft, die im festgespannten Zustand vom Flachstab auf den Kupferzylinder ausgeübt wird. Die Verformung des Kupferzylinders in vertikaler Richtung kann vernachlässigt werden. b) Von der Werkzeugmaschine wird auf den Kupferzylinder gemäss Figur ein Drehmoment M d ausgeübt. Bis zu welchem Moment verhindert die Aufspannung das Drehen des Stabes, wenn die Reibzahl µ = 0,15 beträgt? c) Wie gross ist die Biegespannung in der Mitte des Flachstabes?

17 13. Aufgabe (Torsionsbeanspruchung) 5 Punkte Der im nachstehenden Bild gegebene Querschnitt eines Profils wird mit einem Torsionsmoment M t beansprucht. 17 Daten: Werkstoff: M t = 3'000 Nm Stahl S235JRG2 σ s = 235 N/ mm 2 (Streckgrenze) E = N/m 2 a) Wo ist die gefährdete Stelle des Querschnitts und wie gross ist die dort auftretende maximale Schubspannung? b) Wie gross ist die Sicherheit gegen Fliessen (Verformung), wenn die Vergleichsspannung nach der Gestaltänderungshypothese berechnet wird?