Wirtschaftsingenieurwesen, Sonderstudiengang Technik Konstruktion Prüfungsleistung WB-KON-P , TB-KON-P

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1 Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum Studiengänge Modul Art der Leistung Klausur-Kennzeichen Wirtschaftsingenieurwesen, Sonderstudiengang Technik Konstruktion Prüfungsleistung Datum WB-KON-P , TB-KON-P Wichtige Hinweise zum Ablauf dieser Prüfung! Die Klausur besteht aus zwei Teilen: Im 1. Teil werden Ihnen Aufgaben gestellt, die Sie ohne Hilfsmittel zu lösen haben. Im. Teil werden Ihnen Aufgaben gestellt, für deren Lösung Sie die angegebenen Hilfsmittel verwenden dürfen. Dieser Aufgabenteil wird Ihnen erst dann ausgehändigt, wenn Sie Ihre Arbeitsblätter zum 1. Teil beim Aufsichtsführenden abgegeben haben. Beachten Sie bei Ihrer Zeiteinteilung, dass für die Lösung des. Aufgabenteils ca. 50 Minuten einzuplanen sind. Ausgegebene Arbeitsblätter Abgegebene Arbeitsblätter zum 1. Teil: zum. Teil: zum 1. Teil: zum. Teil: Ort, Datum Ort, Datum Name in Druckbuchstaben und Unterschrift Aufsichtsführende(r) Prüfungskandidat(in) Mantelbogen, Prüfungsleistung, Konstruktion WB-KON-P , TB-KON-P

2 Mantelbogen, Prüfungsleistung, Konstruktion 1. Teil. Teil Aufgabe Summe Note max. Punktezahl Bewertung Prüfer ggf. Gutachter 1 Prüfer (Name in Druckbuchstaben) Datum, Unterschrift ggf. Gutachter (Name in Druckbuchstaben) Datum, Unterschrift Anmerkungen Prüfer: Datum, Unterschrift Anmerkungen Gutachter: Datum, Unterschrift 1 ggf. Gutachten in Rahmen eines Widerspruchsverfahrens WB-KON-P , TB-KON-P Seite 4

3 Studiengänge Modul Art der Leistung Klausur-Kennzeichen Wirtschaftsingenieurwesen, Sonderstudiengang Technik Konstruktion Prüfungsleistung Datum WB-KON-P , TB-KON-P Bezüglich der Anfertigung Ihrer Arbeit sind folgende Hinweise verbindlich: Verwenden Sie ausschließlich das vom Aufsichtsführenden zur Verfügung gestellte Papier und geben Sie sämtliches Papier (Lösungen, Schmierzettel und nicht gebrauchte Blätter) zum Schluss der Klausur wieder bei Ihrem Aufsichtsführenden ab. Eine nicht vollständig abgegebene Klausur gilt als nicht bestanden. Die Klausur-Aufgaben können einbehalten werden. Dies bezieht sich nicht auf ausgeteilte Arbeitsblätter, auf denen Lösungen einzutragen sind. Beschriften Sie jeden Bogen mit Ihrem Namen und Ihrer Immatrikulationsnummer. Lassen Sie bitte auf jeder Seite 1/3 der Breite als Rand für Korrekturen frei und nummerieren Sie die Seiten fortlaufend. Notieren Sie bei jeder Ihrer Antworten, auf welche Aufgabe bzw. Teilaufgabe sich diese bezieht. Die Lösungen und Lösungswege sind in einer für den Prüfer zweifelsfrei lesbaren Schrift abzufassen. Korrekturen und Streichungen sind eindeutig vorzunehmen. Unleserliches wird nicht bewertet. Bei numerisch zu lösenden Aufgaben ist außer der Lösung stets der Lösungsweg anzugeben aus dem eindeutig hervorzugehen hat, wie die Lösung zustande gekommen ist. Zur Prüfung sind bis auf Schreib- und Zeichenutensilien ausschließlich die nachstehend genannten Hilfsmittel zugelassen. Werden andere als die hier angegebenen Hilfsmittel verwendet oder Täuschungsversuche festgestellt, gilt die Prüfung als nicht bestanden und wird mit der Note 5 bewertet. Bearbeitungszeit: 90 Minuten Hilfsmittel: Anzahl Aufgaben: Höchstpunktzahl: Aufgaben 1 bis 6: keine Aufgaben 7 bis 9: HFH-Taschenrechner, Studienbriefe, Arbeitsblätter (SB 9), Zeichenhilfsmittel Vorläufiges Bewertungsschema: Punktzahl von bis einschl. Note ,0 sehr gut 90 94,5 1,3 sehr gut 85 89,5 1,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5,3 gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5 3,0 befriedigend 60 64,5 3,3 befriedigend 55 59,5 3,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion WB-KON-P , TB-KON-P

4 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion 1. Teil der Klausur ohne Hilfsmittel Aufgabe 1 insg. 10 Punkte Technische Zeichnungen sind unentbehrliche Informationsträger in den Bereichen Konstruktion und Fertigung. Um Missverständnisse innerhalb und zwischen diesen Bereichen zu vermeiden, sind die Darstellungen in Technischen Zeichnungen genormt. Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Bedeutung der folgenden Maßangaben bzw. Symbole: (1) M10x1 () S 10 (3) R10 (4) (5) Aufgabe insg. 8 Punkte Während des Konstruktionsprozesses ist auf eine eindeutige, sichere und einfache Gestaltung der technischen Produkte zu achten. Durch die einfache Gestaltung werden dabei eine wirtschaftliche Realisierung und ein einfacher Gebrauch des Produktes angestrebt. Beschreiben Sie mindestens vier Maßnahmen bzw. Gesichtspunkte, die zu einer einfachen Gestaltung eines technischen Produktes beitragen. Aufgabe 3 insg. 8 Punkte Schraubenverbindungen stellen die bedeutendste Art von lösbaren Verbindungen dar, bei deren Auslegung zahlreiche Einflüsse berücksichtigt werden müssen. 3.1 Erklären Sie, was unter dem "Setzen einer Schraubenverbindung verstanden wird? Pkte 3. Nennen Sie mindestens drei Faktoren, die den Vorgang des Setzens einer Schraubenverbindung 6 Pkte beeinflussen bzw. von denen das Setzen abhängig ist. Aufgabe 4 insg. 9 Punkte Eine besondere Form der formschlüssigen Verbindung ist die Stirnverzahnung (auch Hirthverzahnung genannt). Als Anwendungsbeispiel für eine Stirnverzahnung zeigt die nebenstehende Abbildung die Verbindung eines Kegelrades mit einer Welle. 4.1 Beschreiben Sie die grundsätzliche konstruktive Gestaltung einer Stirnverzahnung. 4. Nennen Sie mindestens drei Gründe bzw. Gegebenheiten, bei denen eine Stirnverzahnung von Bauteilen Anwendung findet. 3 Pkte 6 Pkte Abb.: Verbindung eines Kegelrades mit einer Welle als Anwendungsbeispiel für eine Stirnverzahnung WB-KON-P , TB-KON-P Seite /3

5 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion Aufgabe 5 insg. 9 Punkte Da der Schmierung von Wälzlagern eine hohe Bedeutung zukommt, muss bereits in einem frühen Stadium der Konstruktion entschieden werden, ob eine Fett- oder eine Ölschmierung angewandt wird. 5.1 Führen Sie mindestens drei grundsätzlich Aufgaben auf, die der Schmierung bzw. dem Schmierstoff in Wälzlagern zukommen. 5. Erläutern Sie durch die Angabe von drei Vorteilen, warum die Fettschmierung im Vergleich zur Ölschmierung wesentlich häufiger zur Anwendung kommt. 6 Pkte 3 Pkte Aufgabe 6 insg. 8 Punkte Die nebenstehende Abb. zeigt ein Zahnriemengetriebe (Synchronriemengetriebe). Diese Getriebebauart wird häufig eingesetzt, da sie die Vorteile von Kettengetrieben und Riemengetrieben miteinander verbindet. 6.1 Geben Sie mindestens drei Vorteile von Zahnriemengetrieben an. 6. Überlegen und nennen Sie ein Anwendungsbeispiel oder -bereich für Zahnriemengetriebe. Abb.: Synchron- bzw. Zahnriemengetriebe 6 Pkte Pkte WB-KON-P , TB-KON-P Seite 3/3

6 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion. Teil der Klausur mit Hilfsmitteln Aufgabe 7 insg. 15 Punkte Ein Zugstab, 58 mm breit und 6 mm dick, soll mit einer Stumpfnaht ohne Gegenlage der Bewertungsgruppe B an ein 10 mm dickes Knotenblech geschweißt werden (siehe nebenstehende Skizze). Beide Bauteile bestehen aus dem Werkstoff S35JR. Mit welcher maximal zulässigen Kraft darf der Stab belastet werden, wenn lediglich eine senkrechte Zugbelastung an diesem wirkt? 58 6 Lösungshinweis: Zur Lösung der Aufgabe empfehlen wir die Verwendung der Studienbriefe 3 und 9 (Arbeitsblätter..1 und..3). F Aufgabe 8 insg. 15 Punkte Von einer Welle mit einem Durchmesser von 48 mm soll ein Drehmoment von 50 Nm auf eine Nabe aus S35JR mit einer Nabenlänge von 84 mm übertragen werden. Dabei ist ein Betriebsfaktor c B von 1,5 sowie eine kleinste Streckgrenze R emin von 65 N/mm zu berücksichtigen. Genügt eine nach DIN 6885 genormte rundstirnige Passfeder, die nicht über die Nabe hinausreicht, um das Drehmoment mit einer erforderlichen Sicherheit von S erf = 1,5 zu übertragen? Überprüfen Sie nur die Nabe. Lösungshinweis: Zur Lösung der Aufgabe empfehlen wir die Verwendung der Studienbriefe 4 und 9 (Arbeitsblatt.6.1). Aufgabe 9 insg. 18 Punkte Die skizzierte Welle (d = 30 mm) überträgt eine Leistung von 18 kw bei 1400 U/min. Das Zahnrad ist geradverzahnt ohne Profilverschiebung. Es besitzt den Modul m = 5 mm und eine Zähnezahl von z 1 = Welche Umfangs- bzw. Tangentialkraft F t und welche Radialkraft F r treten am Zahn (hergestellt mit dem Bezugsprofil nach DIN 867) auf? 9. Wählen Sie für die am höchsten belastete Lagerstelle A ein geeignetes Radialrillenkugellager aus, wenn eine Mindestlebensdauer von Stunden erforderlich ist und die Radialkraft am Lager F A = 1800 N beträgt. Die Lagerkraft F A ist gleich der Äquivalentlast P. Zahnrad Kraftwirkungsstelle Radialrillenkugellag 10 Pkte Lager A Lager B 8 Pkte Lösungshinweise: Zur Lösung der Aufgabe empfehlen wir die Verwendung der Studienbriefe 4, 5, 6 und 9 (Arbeitsblatt.7.1). Der Temperaturfaktor f t und der Härtefaktor f H betragen jeweils 1. WB-KON-P , TB-KON-P Seite 1/1

7 Korrekturrichtlinie zur Prüfungsleistung Konstruktion am Wirtschaftsingenieurwesen, Sonderstudiengang Technik WB-KON-P , TB-KON-P Für die Bewertung und Abgabe der Prüfungsleistung sind folgende Hinweise verbindlich: Die Vergabe der Punkte nehmen Sie bitte so vor, wie in der Korrekturrichtlinie ausgewiesen. Eine summarische Angabe von Punkten für Aufgaben, die in der Korrekturrichtlinie detailliert bewertet worden sind, ist nicht gestattet. Nur dann, wenn die Punkte für eine Aufgabe nicht differenziert vorgegeben sind, ist ihre Aufschlüsselung auf die einzelnen Lösungsschritte Ihnen überlassen. Stoßen Sie bei Ihrer Korrektur auf einen anderen richtigen, als den in der Korrekturrichtlinie angegebenen Lösungsweg, dann nehmen Sie bitte die Verteilung der Punkte sinngemäß zur Korrekturrichtlinie vor. Rechenfehler sollten grundsätzlich nur zur Abwertung des betreffenden Teilschrittes führen. Wurde mit einem falschen Zwischenergebnis richtig weitergerechnet, so erteilen Sie die hierfür vorgesehenen Punkte ohne weiteren Abzug. Ihre Korrekturhinweise und Punktbewertung nehmen Sie bitte in einer zweifelsfrei lesbaren roten Schrift vor. Die von Ihnen vergebenen Punkte und die daraus sich gemäß dem nachstehenden Notenschema ergebende Bewertung tragen Sie in den Klausur-Mantelbogen ein. Unterzeichnen Sie Ihre Notenfestlegung auf dem Mantelbogen. Ihrer Bewertung ist folgendes Bewertungsschema zugrunde zu legen: von Punktzahl bis einschl. Note ,0 sehr gut 90 94,5 1,3 sehr gut 85 89,5 1,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5,3 gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5 3,0 befriedigend 60 64,5 3,3 befriedigend 55 59,5 3,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Die korrigierten Arbeiten reichen Sie bitte spätestens bis zum 1. August 009 in Ihr Studienzentrum ein. Dies muss persönlich oder per Einschreiben erfolgen. Der angegebene Termin ist unbedingt einzuhalten. Sollte sich aus vorher nicht absehbaren Gründen eine Terminüberschreitung abzeichnen, so bitten wir Sie, dies unverzüglich dem Prüfungsamt unserer Hochschule anzuzeigen (Tel. 040 / bzw. birgit.hupe@hamburger-fh.de). Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion WB-KON-P , TB-KON-P

8 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion Lösung 1 vgl. SB 1: Kap..3, 3.1. und insg. 10 Punkte Maßangaben und Symbole in Technischen Zeichnungen: (1) M10x1 Feingewinde, metrisches Gewinde mit 10 mm Nenn- bzw. Außendurchmesser und einer Steigung von 1 mm. () S 10 Kugelform mit 10 mm Durchmesser. (3) R10 Radius 10 mm. (4) Die Oberfläche ist durch Trennen (spanabhebend) zu bearbeiten / herzustellen. (5) Symmetrische V-Naht (X-Naht). Lösung vgl. SB : Kap..1. insg. 8 Punkte Maßnahmen bzw. Gesichtpunkte, die zu einer einfachen Gestaltung beitragen: Eine möglichst geringe Anzahl sowie übersichtliche und folgerichtige Verknüpfung von Teilfunktionen. Eine geringe Anzahl von Komponenten bzw. Bauteilen (wodurch geringere Bearbeitungskosten, weniger Verschleißstellen und kleinerer Wartungsaufwand zu erwarten sind). Finden eines Kompromisses zwischen mehreren Teilen mit einfacher Form, aber größerem Bearbeitungsaufwand (Differentialbauweise) und einem komplizierten Teil mit geringem Bearbeitungsaufwand (Integralbauweise). Anwendung der Armierungsbauweise (bei der eine örtliche Verstärkung besonders beanspruchter Zonen durchgeführt wird, während für den übrigen Bauteilkörper ein kostengünstiger Werkstoff verwendet wird). Einfache geometrische Formen (die einfach und sicher berechenbar und schneller und genauer herstellbar sind). Eine leichte Erkennbarkeit der zu montierenden Teile bzw. der Montierbarkeit. Jeder Einstellvorgang sollte nur einmal notwendig sein. Die Demontage und Wiedermontage bereits montierter Teile ist zu vermeiden. Unkomplizierter Gebrauch und einfache Wartung ermöglichen (Wartungsvorgänge unterbleiben, wenn sie umständlich, unbequem oder zeitraubend sind). Vereinfachung des Recycling durch verträgliche Werkstoffe und einfache Demontagemöglichkeiten. Lösung 3 vgl. SB 3: Kap insg. 8 Punkte 3.1 Setzen einer Schraubenverbindung: Pkte Unter Setzen wird der Verlust an Vorspannkraft nach dem Anziehen einer Schraubenverbindung verstanden. 3. Faktoren, von denen das Setzen abhängig ist: 6 Pkte Rauhigkeit der im Kontakt stehenden Oberflächen. Art der Belastung. Anzahl der Trennfugen. Nachgiebigkeit von Platte und Schraube. Mikroplastische Verformungen in allen Trennfugen und im Gewinde. WB-KON-P , TB-KON-P Seite /5

9 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion Lösung 4 vgl. SB 4: Kap..1.1; Übungsaufgabe.4 insg. 9 Punkte 4.1 Konstruktive Gestaltung einer Stirnverzahnung: 3 Pkte Bei der Stirnverzahnung tragen die zu verbindenden Wellenteile oder Welle und Bauteil an ihren Stirnseiten eine radiale (Plan-)Verzahnung und werden axial miteinander verspannt. 4. Gründe bzw. Gegebenheiten für die Anwendung einer Stirnverzahnung: 6 Pkte Die Stirnverzahnung wird angewendet, wenn die Bauteile schwierig aus einem Stück zu fertigen sind, zweckmäßigerweise aus verschiedenen Werkstoffen hergestellt werden sollten (z. B. hochwertiger Zahnrad-Werkstoff nicht für die gesamte Welle) oder aus Montagegründen geteilt sein müssen. Lösung 5 vgl. SB 5: Kap. 1.. insg. 9 Punkte 5.1 Grundsätzliche Aufgaben der Schmierung bzw. des Schmierstoffes in Wälzlagern: 6 Pkte Der Schmierstoff in Wälzlagern soll die metallische Berührung der bewegten Teile verhindern, gegen Korrosion schützen, Schmutz fernhalten und Wärme abführen. 5. Vorteilen der Fettschmierung gegenüber der Ölschmierung: 3 Pkte der Aufwand ist geringer, es kann eine Dauerschmierung erfolgen, es liegt eine selbstdichtende Wirkung vor (Fettkragen hält Schmutz fern) und die Geräuschdämpfung ist besser. (je 1 Pkt) Lösung 6 vgl. SB 6: Kap. 1. insg. 8 Punkte 6.1 Vorteile von Zahnriemengetrieben: 6 Pkte Schlupffreie Bewegungsübertragung Formschlüssige Bewegungsübertragung Schwingungsdämpfende Bewegungsübertragung Elastisch / biegsame Übertragung Überbrückung großer Achsabstände Drehwinkelgetreue Übertragung von Bewegungen Höhere Laufruhe (im Vergleich zu Kettengetrieben) Keine Schmierung erforderlich (im Vergleich zu Kettengetrieben) Antriebsbewegung wird zwangsläufig übertragen 6. Anwendungsbeispiel bzw. -bereich für Zahnriemengetriebe: Pkte Nockenwellenantrieb Ventilsteuerung Linearantriebe Automobilbau Werkzeugmaschinen Industrieroboter Automatisierungstechnik Positioniersysteme Handlingmodule usw. WB-KON-P , TB-KON-P Seite 3/5

10 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion Lösung 7 vgl. SB 3: Kap..; SB 9 insg. 15 Punkte Es tritt nur Zugbelastung auf. Damit gilt für die Vergleichsspannung nach der Normalspannungshypothese [SB 3, Gl. (.10)]: σ v = σ z σ zul Nach SB 9, Arbeitsblatt..3 beträgt die zulässige Spannung für S35JR einer Stumpfnaht ohne Gegenlage der Bewertungsgruppe B: σ zul =140 MPa Nach SB 9, Arbeitsblatt..1 gilt für die Dicke der Stumpfnaht: a = s min = 6 mm Unter Berücksichtigung der Anfangs- und Endkrater gilt für die Nahtlänge l 1 [SB 9, AB..1]: l 1 = l a (bei l < 15 a) bzw. l 1 = b s min (bei b < 15 s min ) Somit ergibt sich eine Schweißnahtfläche von: = a ( l a) bzw. A s ( b s ) A w Nach Gl. (.3), SB 3 gilt für die senkrechte Zugspannung: w w = (1 Pkt) min min F σ z = A Damit errechnet sich die maximal zulässige Kraft zu: F = σ A = σ s ( b s ) Mit σ max zul z w zul min min =140 MPa bzw. 140 N/mm, s min = 6 und b = 58 mm folgt: N F max = mm ( 58 mm 6 mm) = 38,64 kn mm Lösung 8 vgl. SB 4: Kap...3; SB 9 insg. 15 Punkte Für d = 48 mm und l < 84 mm ergibt sich aus SB 9, Arbeitsblatt.6.1 die Passfeder: DIN 6885 A 14 x 9 x 80 (Breite b = 14 mm, Höhe h = 9 mm, Länge l = 80 mm) mit einer Wellennuttiefe von t 1 = 5,5 mm. (1 Pkt) Aus der umgeformten Gl. (.1) des SB 4 folgt die Sicherheit, die tatsächlich für das zu übertragende Moment vorhanden ist: S p ( h t ) l d ertr 1 tr = M t cb Die größtmögliche übertragbare Flächenpressung ergibt sich aus SB 4, Gl. (.): p 0, R ertr = 9 emin Mit der Streckgrenze R emin = 65 N/mm aus der Aufgabenstellung folgt somit: ertr p = 0, 9 65 N/mm = 38,5 N/mm WB-KON-P , TB-KON-P Seite 4/5

11 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion Die erforderliche tragende Länge ergibt sich nach SB 4, Gl. (.3): l = l b = 80 mm 14 mm 66 mm tr = Die vorhandene Sicherheit beträgt somit: 38, 5 N (9 5, 5) mm 66 mm 48 mm S vorh = = 1,7 3 mm 50 Nmm 10 1,5 Da die vorhandene Sicherheit S vorh = 1,7 größer ist, als die erforderliche Sicherheit S erf = 1,5 überträgt die genormte Passfeder das Drehmoment. Lösung 9 vgl. SB 4; SB 5: Kap. 1.3, ÜA 1.7; SB 6; SB 9 insg. 18 Punkte 9.1 Berechnung der Umfangs- bzw. Tangentialkraft und der Radialkraft: 10 Pkte Gemäß SB 6, Gl. (3.1) gilt für die Tangentialkraft: M t Ft = d Das Drehmoment zur Berechnung der Tangentialkraft ergibt sich mit SB 4, Gl. (1.1) zu: P M t = 9550 n Mit den in der Aufgabenstellung gegebenen Größen folgt: 18 kw M t = 9550 = 1,79 Nm (1 Pkt) min Der Teilkreisdurchmesser d berechnet sich nach SB 6, Gl. (.4 c): d = z m = 18 5 mm = 90 mm Damit ergibt sich die Tangentialkraft zu: 1790 Nmm F t = = 78,67 N (1 Pkt) 90 mm Gemäß SB 6, Gl. (3.) und Abschn..3 gilt für die Radialkraft: F r = Ft tanα = 78,67 N tan 0 = 993,15 N 9. Auswahl des Rillenkugellagers: 8 Pkte Die erforderliche Tragzahl berechnet sich nach [SB 9, AB.7.1, Gl. (6)] bzw. durch Umstellen der Lebensdauergleichung (1.4), SB 5: 1 L n p C h 60 = P erf 6 10 Mit den in der Aufgabenstellung vorgegebenen Größen und den aus SB 9, Arbeitsblatt.7.1 für Kugellager entnommenen Lebensdauerexponenten p = 3 hat die Tragzahl einen Wert von: C erf = 1,8 kn = 16,98 kn 6 10 Daraus folgt mit dem Wellendurchmesser d = 30 mm aus dem Arbeitsblatt.7.1 des SB 9 das: Rillenkugellager 606 mit C = 19,3 kn (> C erf = kn). WB-KON-P , TB-KON-P Seite 5/5