Abitur 20 Technik - Metalltechnik - Schülermaterial Vorschlag A ea Bearbeitungszeit: 300 Min. (Quelle: Boris23,

Transkript

1 A. Prüfungsaufgabe Kommentar [ 1]: Bitte verwenden Sie die Vorlagen der Nds. Landesschulbehörde in ihrer jeweils gültigen Version (Quelle: Boris23, Situationsbeschreibung: Der FUNCENTER Erlebnispark ist eine Anlage zur Freizeitgestaltung für bis zu 8000 Personen im Alter zwischen 3 und 80 Jahren. Neben Erlebnisgastronomie liegt das Hauptaugenmerk der Anlage auf unterschiedlichen Fahrgeschäften, die den Besuchern einige aufregende Stunden bereiten sollen. Der Betrieb im vergangenen Jahr hat gezeigt, dass gerade die Achterbahn sich als besonders störanfällig erwiesen hat. Deshalb sollen im Rahmen einer großen Revision diese Schäden an dieser Achterbahn genauer untersucht werden. Ziel ist es, eine gemeinsame Ursache für die Schäden zu ermitteln und nach Möglichkeit abzustellen. Hierzu werden Sie mit unterschiedlichen Aufgaben zur Schadensanalyse an der Achterbahn betraut: Kommentar [ 2]: Die Prüfungsaufgabe, d.h. eine gesamte Klausur, basiert auf einer oder ggf. mehreren komplexen Situationsbeschreibungen, die sich an beruflicher Handlungskompetenz orientieren und... das Potential haben, in den Aufgaben Kompetenzen und Inhalte gemäß RRL (aus mindestens zwei LG; beide Vorschläge drei LG) zu berücksichtigen. Hier wird die zentrale Situation Schadensanalyse mit dem zugehörigen Handlungsziel gewählt. In dieser Prüfungsaufgabe werden die Themen Bauteildimensionierung, Werkstoffanalyse und Konstruktionselemente geprüft. BBS... Berufliches Gymnasium - Technik - Seite 1 von 5

2 1. Aufgabe: Kettenschaden insgesamt 33 Punkte Die Achterbahn des Funcenter ist im grundsätzlichen Aufbau mit denen anderer Freizeitparks oder Fahrgeschäfte vergleichbar: Der Passagierzug wird zu Beginn der Fahrt über einen Kettentrieb auf einen höchsten Punkt der Bahn geschleppt und rollt anschließend nach dem Prinzip der Energieerhaltung mit Hilfe der Gravitationskräfte betrieben. Die Revision zeigt, dass die Kette des Antriebs nahezu gerissen ist. Dieser Schaden ist zu untersuchen. Zunächst seien die Materialeigenschaften mit Hilfe eines Zugversuchs zu überprüfen. Kommentar [DG3]: Die Aufgaben können in Teilaufgaben untergliedert werden, die in Bezug zur Situationsbeschreibung und zur Aufgabe stehen. Diese Untergliederung darf nicht zu kleinschrittig sein, damit offene Aufgabenstellungen und alternative Lösungswege ermöglicht werden. In der Aufgabe wird durch eine detailliertere Situationsbeschreibung Bezug zur übergreifenden Situationsbeschreibung hergestellt. Die Aufgabe kann Lerngebiet übergreifend gestellt werden. Hier werden die Lerngebiete MT1 Technische Produkte gestalten und dimensionieren und MT5 Bauelemente optimieren verknüpft. Alle drei Anforderungsbereiche werden berücksichtigt. 1.1 Nennen Sie die erforderlichen vorbereitenden Maßnahmen. Kommentar [ 4]: Die erste Teilaufgabe sollte nicht dem Anforderungsniveau III zugeordnet werden. Bei der Aufgabe wurde außerdem auf ein ansteigendes Anforderungsniveau geachtet. 1.2 Beschreiben Sie die Vorgehensweise bei der Durchführung und Auswertung eines Zugversuchs. 1.3 Prüfen Sie, inwieweit die Versuchsdurchführung in diesem Fall geeignet möglich ist. Bei der Durchführung des Zugversuchs mit einer Zugprobe DIN E3x30 ergeben sich folgende Messdaten: F in kn 0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 10,5 9,5 9,0 l in mm 0 0,006 0,012 0,018 0,024 0,030 0,036 0,042 0,200 0,650 1,350 2,800 4,800 5,800 6, Bestimmen Sie folgende Kennwerte, und leiten Sie aus den Messdaten das Spannungs-Dehnungs-Diagramm ab: Elastizitätsmodul E Dehngrenze R p0,2 Zugfestigkeit R m Bruchdehnung A 1.5 Überprüfen Sie, ob die Ergebnisse den laut Dokumentation verwendeten Werkstoff X2CrNi12 bestätigen. 1.6 Bewerten Sie die Eignung des verwendeten Werkstoffs für diesen Verwendungszweck. 7 Punkte 10 Punkte BBS... Berufliches Gymnasium - Technik - Seite 2 von 5 Kommentar [DG5]: Die Punkteverteilung der Aufgabe und der Teilaufgaben ist angegeben. Die Angabe der Teilpunkte macht die Punkteverteilung für den Schüler transparent. Kommentar [DG6]: Es sollten bezogen auf die Aufgaben jeweils alle Schritte des Handlungskreises Berücksichtigung finden. Teilaufgabe 1.1/1.2: Informieren Teilaufgabe 1.3: Planen /Entscheiden Teilaufgabe 1.4: Durchführen Teilaufgabe 1.5: Überprüfen Teilaufgabe 1.6: Bewerten Kommentar [ 7]: Die Teilaufgaben sollen möglichst so unabhängig voneinander sein, dass die Aufgabe weiter bearbeitet werden kann, auch wenn die Teilaufgabe nicht oder fehlerhaft bearbeitet worden ist. Ggf. ist die Vorgabe von Zwischenergebnissen oder alternativen Daten, die eine weitere Bearbeitung ermöglichen, sinnvoll. Die Teilaufgaben sind weitgehend unabhängig voneinander lösbar. Nur 1.5 benötigt für die Bearbeitung die Ergebnisse aus 1.4. Hier wäre auch eine Zusammenlegung der beiden Teilaufgaben denkbar.

3 2. Aufgabe: Achterbahnantrieb insgesamt 24Punkte F G =18kN =60 a=1,5m b=0,5m c=0,2m F G Wagen M Antriebsmotor Antriebskette Abbildung 2.1 Im Folgenden sei nun die Belastung der Kette zu untersuchen. Der Passagierzug besteht insgesamt aus 10 Wagen mit jeweils m W = 150 kg Gewicht. Jeder Wagen verfügt über 6 Sitzplätze. Das durchschnittliche Gewicht eines Passagiers wird mit m P = 50 kg angegeben. Jeder Wagen ist auf vier Rollen gelagert und wird über die Kette im Schienenstrang an einem feststehenden Zahnrad unter dem Wagen angetrieben. Die geometrischen Daten sind der Abbildung 2.1 zu entnehmen. Für einen Steigungswinkel 60 sind nun die im System herrschenden Kräfte zu bestimmen. 2.1 Erstellen Sie ein Freikörperbild des Wagens. 2.2 Vergleichen Sie zeichnerische und rechnerische Kräftebestimmung hinsichtlich ihrer Vor- und Nachteile. 2.3 Bestimmen Sie mit Hilfe einer zeichnerischen oder rechnerischen Lösung die von außen am 1. Wagen angreifenden Kräfte. 2.4 Überprüfen Sie, ob bei einer zulässigen Maximalbelastung der Kette von 400 kn ein ausreichender Sicherheitsfaktor berücksichtigt worden ist. 2.5 Bewerten Sie die Ergebnisse unter Berücksichtigung der Gewichtsvorgaben in der Aufgabenstellung. 6 Punkte 2 Punkte 5 Punkte 3 Punkte 8 Punkte Kommentar [ 8]: Achten Sie insbesondere beim Schülermaterial auf eine angemessene optische Darstellung und ein einheitliches, lesbares Schriftbild. Eine Visualisierung der Aufgabenstellung erleichtert das Verständnis der Situation. Die Komponenten, die in der Bearbeitung der Aufgabe relevant sind, sollten hier erkennbar sein. Quellen für Bilder etc. sind anzugeben. Kommentar [ 9]: Zur Bearbeitung notwendige Materialien wie Tabellen etc. können entweder direkt in die Aufgabenstellungen integriert oder als Anhang unter Material eingefügt werden. Auf Anhänge sollte ggf. in der Aufgabenstellung hingewiesen werden. In diesem Fall wurde aufgrund des geringen Umfangs darauf verzichtet. Kommentar [Rei10]: Die Aufgaben dürfen nicht überwiegend mathematisch geprägt und nicht ausschließlich aufsatzartig angelegt sein. Die Aufgabe besteht aus mathematisch zu lösenden Bestandteilen (evtl. 2.3 und 2.4) und aus reproduktiv und argumentativ zu beabeitenden Aufgaben (andere Aufgaben) BBS... Berufliches Gymnasium - Technik - Seite 3 von 5

4 3. Aufgabe: Antriebswelle insgesamt 33Punkte Im Verlauf der Untersuchungen wird ein Schadteil entdeckt, das bei einem vorangegangenen Zwischenfall ausgetauscht worden war. Dabei handelt es sich um die Antriebswelle am Kettentrieb der Achterbahn. Eine mögliche Ursache für die Fehleranfälligkeit ist nun an diesem Schaden zu suchen. 3.1 Nennen Sie die möglichen Schadensmechanismen an der Antriebswelle. 3.2 Erklären Sie anhand des Schadensbildes welcher Schadensmechanismus hier aufgetreten ist. 3.3 Beurteilen Sie unter Zuhilfenahme des Wöhler-Diagramms die aufgetretenen Schäden hinsichtlich ihrer Ursachen. 5 Punkte 9 Punkte Kommentar [Rei11]: Die Teilaufgaben sind als Arbeitsaufträge/Handlungsanweisungen unter Verwendung von Operatoren zu formulieren Die untere Abbildung zeigt, dass die Antriebswelle über eine Passfeder mit dem Antrieb verbunden war. 3.4 Beurteilen Sie diese Verbindungsart und diskutieren Sie Alternativen (mind. 3). 3.5 Optimieren Sie die Verbindung durch die am besten geeignete Verbindungsart. 12 Punkte 3 Punkte Abbildung 3.1: Schaden an der Antriebswellen (Quelle: BBS... Berufliches Gymnasium - Technik - Seite 4 von 5

5 B. Material Quellen: Fundstellen: Die Aufgaben entstammen den eigenen Aufgabensammlungen des Kurslehrers. Fachbuch: Fachkunde Metall, Europa Lehrmittel Verlag, Europa-Nr , ISBN C. Hilfsmittel Fremdwörterlexikon, Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung, Taschenrechner, Tabellenbuch Metall, Europa Verlag Kommentar [DG12]: Gemäß der AVO- GOBAK sind ein Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung sowie ein Fremdwörterbuch in jeder Abiturprüfung zugelassen. BBS... Berufliches Gymnasium - Technik - Seite 5 von 5