300 Minuten, zuzüglich 15 Minuten Einlesezeit

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1 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 2 Hinweise für den Schüler Bearbeitungszeit: 300 Minuten, zuzüglich 15 Minuten Einlesezeit 1 Erlaubte Hilfsmittel - Tabellenbuch nach Vorgabe der Fachlehrer - Netzunabhängiger Taschenrechner - Formelsammlung nach Vorgabe 2 Prüfungskomplexe/Punktzahl Komplex 1 Seite 3-5 Fertigen von Maschinenbauteilen 40 Punkte Komplex 2 Seite 6-7 Steuerungstechnik 40 Punkte Komplex 3 Seite 8 Maschinen zur Energieumwandlung 30 Punkte Komplex 4 Konstruktion und Fertigung Seite 9-11

2 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 3 Prüfungskomplex 1: Fertigen von Maschinenbauteilen Aufgabenstellung: Die Rändelbuchse (Bild 1) aus Rd DIN x 46 16MnCr5 DIN EN soll auf einer Universaldrehmaschine gefertigt werden. 1 Stellen Sie einen tabellarischen Fertigungsablauf (Arbeitsblatt 1) für das Drehen der Außenkontur (außer Rändeln) auf. 2 Wie groß sind die Schnittkraft, die Antriebsleistung (η = 0,8) und das Spanungsvolumen für das Drehen auf den Durchmesser d = 45 mm? 3 Ermitteln Sie die Hauptnutzungszeit für den Arbeitsgang aus 2. für die Schruppbearbeitung. 4 Die Rändelbuchse mit dem Passmaß 45 f7 wird in ein Gehäuse mit dem Maß 45 H7 gefügt. Ermitteln Sie die Grenzmaße, das Höchst- und Mindestspiel und zeichnen Sie die Lage der Toleranzfelder zur Nulllinie maßstäblich. 5 Nennen Sie Möglichkeiten für das Messen der Passmaße an der Rändelbuchse. 6 Welche Bedeutung haben die Angaben zur Lagetoleranz und Oberfläche in der Zeichnung? Hinweis: Arbeitswerte und Werkzeuge entnehmen Sie bitte aus den zugelassenen Tabellenbüchern.

3 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 4 Bild 1 Rändelbuchse

4 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 5 Arbeitsblatt 1 Fertigungsablauf Nr. Arbeitsverrichtung Werkzeuge u. Prüfmittel

5 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 6 Prüfungskomplex 2: Steuerungstechnik Aufgabenstellung: 1 An einer Pressvorrichtung sollen Verpackungen mithilfe eines Schmelzklebstoffes verschlossen werden. Dazu ist ein doppeltwirkender Zylinder (DWZ) einzusetzen. Die Presszeit soll einstellbar sein und erst dann zu laufen beginnen, wenn der Kolben seine vordere Endlage erreicht hat und der notwendige Druck im Zylinder aufgebaut ist. Wenn der DWZ nach dem Arbeitsvorgang seine hintere Endlage wieder erreicht hat, soll mit einem 2. DWZ die Verpackung aus der Form geschoben werden. Anschließend fährt dieser Zylinder automatisch zurück. Randbedingung: (1) Vorgang startet durch kurze Tastung (3/2 Wegeventil) und darf nur erfolgen, wenn der 1. DWZ seine hintere Endlage eingenommen hat. (2) Der Kolben soll jederzeit durch einen NOT-Schalter zurückgefahren werden können. Aufgabe: a) Zeichnen Sie das Weg-Schritt-Diagramm für die beiden Zylinder mit den notwendigen Signallinien. b) Entwickeln Sie den pneumatischen Schaltplan und beschriften Sie ihn. 2 An einer großen Prägemaschine wurde der Pressvorgang durch einen von zwei Tastern ausgelöst. Dies brachte eine erhöhte Unfallgefahr. Um die Gefahren zu verringern, wurde ein zusätzlicher dritter Taster eingebaut. Demnach soll die Presse erst arbeiten, wenn mindestens zwei der drei Taster betätigt werden. Das Hochfahren der Presse soll geschehen, wenn einer der Taster losgelassen wird. Aufgabe: a) Schreiben Sie eine Zuordnungstabelle für die Bauteile. b) Zeichnen Sie den Logikplan für die Ausfahrbedingung des Zylinders. c) Lösen Sie diese Aufgabe über SPS, wählen Sie dabei eine Programmiersprache Ihrer Wahl. 3 In einer Hebevorrichtung sollen durch einen Hubzylinder in einer Minute 3 Behälter mit einer Masse von 110 kg um 500 mm angehoben werden. Der Arbeitsdruck beträgt 7 bar. Der Wirkungsgrad des Zylinders beträgt 82 %. Aufgabe: Berechnen Sie den erforderlichen Durchmesser des Hubzylinders.

6 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 7 Arbeitsblatt 2 Vorlagen Steuerungstechnik Aufgabe 1 a) Weg-Schritt-Diagramm Aufgabe 2 a) Zuordnungstabelle c) Anweisungsliste Bauteil Parameter Adresse Parameter

7 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 8 Prüfungskomplex 3: Maschinen zur Energieumwandlung Aufgaben: 1 Rudolf Diesel entwickelte den nach ihm benannten Motor auf der Grundlage theoretischer Überlegungen. Bis zur Serienreife waren zahlreiche Probleme zu lösen. Heute ist der Dieselmotor eine zuverlässige Wärmekraftmaschine. 1.1 Was ist eine Wärmekraftmaschine? 1.2 Welche Überlegungen führten zur Entwicklung des Dieselmotors? 1.3 Welches Hauptproblem musste in diesem Zusammenhang gelöst werden? 2 Stellen Sie die besonderen Leistungen Rudolf Diesels bei der Entwicklung und dem Bau des nach ihm benannten Motors dar. 3 Von einem 6-Zylinder-Viertakt-Dieselmotor für einen LKW sind folgende Daten bekannt: Bohrung d = 98 mm Hub s = 127 mm mittlerer innerer Kolbendruck p i = 8,4 bar Motorendrehzahl n = 2660 min -1 mechanischer Wirkungsgrad η m = 0,87 Pleuelwinkel γ = 12 nach OT Zu ermitteln sind: 3.1 die mittlere Kolbenkraft bei p i 3.2 die Normal- und Pleuelkraft sowie die Reibkraft an der Kolbenwandung mit µ = 0, die Berechnung und Darstellung der Innen-, Effektiv- und Verlustleistung im Sankeydiagramm 3.4 das effektive Drehmoment

8 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 9 Prüfungskomplex 4: Konstruktion und Fertigung Aufgabenstellung: Das im Bild 2 dargestellte Schieberädergetriebe dient zum Antrieb einer Förderanlage. Die Leistungsübertragung vom Elektromotor zum Getriebe erfolgt über eine Scheibenkupplung. Der Räderblock im Getriebe wird pneumatisch geschaltet. Die drei Schaltstufen sind von links beginnend zu zählen. Die Antriebsleistung des Elektromotors beträgt 10 kw bei einer Nenndrehzahl von /min. Der Gesamtwirkungsgrad des technischen Systems wird mit 95 % festgelegt. Die Enddrehzahl des Getriebes soll in der dritten Schaltstufe 560 1/min erreichen. Anzahl der Zähne pro Rad: Z 1= 33 Z 2= 51 Z 3= 42 Z 4= 42 Z 5= 24 Der Modul für die Zahnräder entsprechend DIN mm. Aufgaben: 1 Erstellen Sie eine vereinfachte sinnbildliche Darstellung des Systems unter Verwendung der Symbolik aus der DIN Bestimmen Sie die Größe der Scheibenkupplung Form A für die Drehmomentenübertragung vom Motor zur Antriebswelle des Schaltgetriebes. Vollständige Bezeichnung der Kupplung nach DIN 116 angeben. (siehe DIN-Auszug) 3 Für die Passschrauben DIN 609 der Scheibenkupplung sind folgende Kenngrößen unter Berücksichtigung der Festigkeitsklasse 8.8 und der Gleitreibungszahl 0,14 zu ermitteln: Schlüsselweite Passmaßdurchmesser der Passschraube DIN 609 Gewindelänge Vorspannkraft Anziehdrehmoment 4 Berechnen Sie für das Zahnrad Z 6 die Zähnezahl sowie die Zahnhöhe für die Fertigung des Rades. 5 Bestimmen Sie den notwendigen Achsabstand der Wellen im Getriebe.

9 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 10 6 Ermitteln Sie das abgegebene Drehmoment in der dritten Schaltstufe des Getriebes unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades. 7 Berechnen Sie die vorhandene Torsionsspannung im Querschnitt der Antriebswelle. Wellenwerkstoff 16 MnCr5 DIN EN 10084, Kreis-Vollprofil, der dynamisch wechselnde Belastungsfall wird angenommen. Führen Sie einen Spannungsnachweis durch. Bild 2 Schieberädergetriebe

10 Abitur 2004 Konstruktions- und Fertigungstechnik Lk Seite 11 DIN-Auszug Scheibenkupplung Form A Werkstoff: EN- GJL- 200 DIN EN 1561 Bezeichnung einer vollständigen Scheibenkupplung, Form A, mit d1= 80 mm für beide Wellenenden, aus EN- GJL- 200 DIN EN 1561 Scheibenkupplung DIN 116- A80- EN- GJL- 200 DIN EN 1561