Wichtiger Hinweis zum Ablauf dieser Prüfung!

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1 Name, Vorname Matrikel-Nr. Studienzentrum Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen Fach Konstruktion I und II Art der Leistung Prüfungsleistung Klausur-Knz. WI-KON-P Datum Wichtiger Hinweis 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 rechnerisch zu bewältigende Aufgaben vorgelegt, zu deren Lösung Sie die angegebenen Hilfsmittel einsetzten dürfen. Dieser Aufgabenteil wird Ihnen erst dann ausgehändigt, wenn Sie Ihre Arbeitsblätter, das Aufgabenblatt und die Aufgabenstellungen zum 1. Teil beim Aufsichtsführenden abgegeben haben. Beachten Sie bei Ihrer Zeiteinteilung, dass für die Lösung des. Aufgabenteils im Durchschnitt 60 Minuten einzuplanen sind. Verwenden Sie ausschließlich das vom Aufsichtsführenden zur Verfügung gestellte Papier, und geben Sie sämtliches Papier (Lösungen, Schmierzettel und nicht gebrauchte Blätter) nach jedem Teil der Klausur wieder bei Ihrem Aufsichtsführenden ab. Eine nicht vollständig abgegebene Klausur gilt als nicht bestanden. Beschriften Sie jeden Bogen mit Ihrem Namen und Ihrer Immatrikulationsnummer. Lassen Sie bitte auf jeder Seite 1/3 ihrer 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. Viel Erfolg! Ausgegebene Arbeitsblätter zum 1. Teil: zum. Teil: Abgegebene Arbeitsblätter zum 1. Teil: zum. Teil: Ort, Datum Ort, Datum Aufsichtsführende(r) Prüfungskandidat(in) Mantelbogen, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KON-P

2 Mantelbogen, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen 1. Teil der Klausur. Teil der Klausur Aufgabe Summe max. Punktezahl erreichte Punktezahl. Prüfer Gesamtpunktzahl Prüfungsnote Datum, 1. Prüfer Datum,. Prüfer Anmerkungen des Erstprüfers: Anmerkungen des Zweitprüfers: Datum, 1. Prüfer Datum,. Prüfer WI-KON-P Seite 4

3 Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen Fach Konstruktion I und II Art der Leistung Prüfungsleistung Klausur-Knz. WI-KON-P Datum Bei jeder Aufgaben ist neben der Lösung auch der Lösungsweg anzugeben. Aus der Dokumentation des Lösungsweges sollte eindeutig zu erkennen sein, wie Ihre Lösung zustande gekommen ist. Hilfsmittel: Bearbeitungszeit: 90 Minuten Für die Aufgaben 1 bis 6: keine Anzahl Aufgaben: Höchstpunktzahl: Für die Aufgaben 7 bis 9: Taschenrechner, Studienbriefe, Arbeitsblätter (SB 9) Vorläufiges Bewertungsschema: 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 Viel Erfolg! Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KON-P

4 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen 1. Teil der Klausur ohne Hilfsmittel Aufgabe 1 11 Punkte a) Geben Sie mit dem Buchstaben A, B, C, D oder E das zugehörige Bild an, das vom räumlich dargestellten Körper die richtige Ansicht in Pfeilrichtung zeigt. 3 Pkte b) Ergänzen Sie die hier angedeutete Seitenansicht des Körpers. Nutzen Sie für Ihre Skizze das beiliegende Aufgabenblatt. 8 Pkte Aufgabe 11 Punkte a) Erklären Sie die Kurzbezeichnung des Gewindes M 80 x. 3 Pkte WI-KON-P Seite 1/5

5 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen b) Welche Maßangaben in der Zeichnung des metrischen ISO-Gewindes entsprechen folgenden Größen? (1) Außen- bzw. Nenndurchmesser des Außengewindes () Flankendurchmesser des Innengewindes (3) Innen- bzw. Kerndurchmesser des Innengewindes (4) Steigung. 8 Pkte Aufgabe 3 4 Punkte Im Betriebszustand eines Getriebes ist auf Grund von Erwärmung mit einer Längenausdehnung der Welle zu rechnen. Worauf ist bei der konstruktiven Auslegung der Welle hinsichtlich der Erwärmung zu achten? Aufgabe 4 4 Punkte Sie haben ein Antriebselement zu konstruieren, bei dem ein unzureichendes Fluchten der Wellenachsen zu berücksichtigen ist. Welchen Kupplungstyp sehen Sie vor? Aufgabe 5 8 Punkte Vergleichen Sie Gleit- und Wälzlager hinsichtlich Bauraum, Geräusch, Beschaffungskosten und Schwingungs- und Stoßdämpfung. Kreuzen Sie Ihre Antwort in der tabellarischen Übersicht des beiliegenden Arbeitsblattes an. Aufgabe 6 1 Punkte a) Nennen Sie die vier wichtigsten Vorteile der Evolventenverzahnung gegenüber anderen möglichen Zahnformen. b) Worum sollten Sie bei der Konstruktion von Zahnradgetrieben das treibende Rad möglichst klein gestalten? 8 Pkte 4 Pkte WI-KON-P Seite /5

6 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen Name, Vorname 1. Teil der Klausur ohne Hilfsmittel Dieses Aufgabenblatt ist zugleich Teil Ihrer Arbeitsblätter. Geben Sie dieses Blatt in jedem Fall zusammen mit Ihren übrigen Arbeitsblättern ab. Zu Aufgabe 1 b) Zu Aufgabe 5 Gleitlager sind im Vergleich zum Wälzlager bzgl. Bitte Zutreffendes ankreuzen! Bauraum radial größer radial kleiner Geräusch geringer größer Beschaffungskosten höher kleiner Schwingungs-/ Stoßdämpfung besser schlechter WI-KON-P Seite 3/5

7 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen. Teil der Klausur mit Hilfsmitteln Aufgabe 7 19 Punkte Für ein Gleitlager, das unter den nachfolgend beschriebenen Voraussetzungen eingesetzt werden soll, ist das Schmieröl auszuwählen. Folgende Voraussetzungen liegen vor: Lagerkraft: F N Drehzahl der Welle: n 100 U/min Lagerdurchmesser: d 10 mm Lagerbreite: b 60 mm Lagerspiel: s 0,5 mm Außermittigkeit: e 0,15 mm Gemessene Lagertemperatur: ϑ 5 C. a) Ermitteln Sie die Sommerfeldzahl. 7 Pkte b) Berechnen Sie dynamische Viskosität. 9 Pkte c) Wählen Sie das einzusetzende Schmieröl. 3 Pkte Lösungshinweis: Wir empfehlen zur Lösung dieser Aufgabe die Verwendung des Studienbriefes 5, Kap..4, und die Arbeitsblätter in Kap..8 Ihrer Arbeitsblattsammlung (Studienbrief 9). Aufgabe 8 11 Punkte Ein Elektromotor mit der Nennleistung P 6 kw bei einer Eingangsdrehzahl von n1 1080min treibt ein zweistufiges Getriebe mit Geradstirnpaaren z 1 16; z 46 und z 3 17; z 4 54 an (siehe Skizze). n, M 1 1 E-Motor z 1 z z 3 n, M n 3, M 3 Zu ermitteln bzw. festzulegen sind: a) die Gesamtübersetzung und 7 Pkte b) die Abtriebsdrehzahl n 3 in 1 min. Lösungshinweis: Wir empfehlen zur Lösung dieser Aufgabe die Verwendung des Studienbriefes 6, Kap z 4 4 Pkte WI-KON-P Seite 4/5

8 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 9 0 Punkte Ein Rundstahl ist gemäß Skizze an eine Konsole mit einer 4 mm Flachkehlnaht der Bewertungsgruppe B anzuschweißen. Als Werkstoff kommt St 5 zur Anwendung. Es tritt eine schwellend wirkende Kraft F ( ) kn auf. Mittlere Stöße sind mit einem Betriebsfaktor c B 1, 6 zu berücksichtigen. Berechnen Sie ausgehend von der Vergleichsspannung nach der Normalspannungshypothese σ v σ z σ zul den Durchmesser des Rundstahls. Lösungshinweis: Wir empfehlen zur Lösung dieser Aufgabe die Verwendung des Studienbriefes 3; Kap... F a 4 WI-KON-P Seite 5/5

9 Korrekturrichtlinie zur Prüfungsleistung Konstruktion I und II am Wirtschaftsingenieurwesen WI-KON-P Um größtmögliche Gerechtigkeit zu erreichen, ist nachfolgend zu jeder Aufgabe eine Musterlösung inklusive der Verteilung der Punkte auf Teilaufgaben bzw. Lösungsschritte zu finden. Natürlich ist es nicht möglich, jede denkbare Lösung anzugeben. Stoßen Sie daher bei der Korrektur auf einen anderen als den angegebenen Lösungsweg, so nehmen Sie bitte die Verteilung der Punkte auf die einzelnen Lösungsschritte sinngemäß vor. Sind in der Musterlösung die Punkte für eine Teilaufgabe summarisch angegeben, so ist die Verteilung dem Korrektor überlassen. Rechenfehler sollten nur zur Abwertung des betreffenden Teilschrittes führen. Wird also mit einem falschen Zwischenergebnis richtig weitergerechnet, so sind die hierfür vorgesehenen Punkte zu erteilen. Die Bewertung einer Prüfungsleistung erfolgt differenziert. Gemäß der Diplomprüfungsordnung ist folgendes Notenschema 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 Prüfungsleistung gilt als bestanden, wenn mindestens 50 Punkte erreicht wurden. Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KON-P

10 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung 1 vgl. SB 1 11 Punkte a) Ansicht C ist richtig. 3 Pkte b) 8 Pkte (je ergänzte Körperkante 1 Pkt) Lösung vgl. SB 3; Kap Punkte a) Metrisches ISO-Gewinde mit 80 mm Außen- bzw. Nenndurchmesser und mm Steigung. b) (1) d () D (3) D 1 (4) P. 3 Pkte (je 1 Pkt) 8 Pkte (je Pkte) Lösung 3 vgl. SB 5; Kap Punkte Um Verspannungen der Welle zu vermeiden, ist eine Wellenlagerung als Festlager, die zweite jedoch als Loslager auszubilden. Lösung 4 vgl. SB 4; Kap Punkte Es ist eine elastische Kupplung (Ausgleichskupplung) vorzusehen. WI-KON-P Seite 1/4

11 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung 5 vgl. SB 5; Kap. 1 und 8 Punkte Gleitlager sind im Vergleich zum Wälzlager bzgl. Zutreffendes war anzukreuzen! Bauraum radial größer radial kleiner Geräusch geringer größer Beschaffungskosten höher kleiner Schwingungs-/ Stoßdämpfung besser schlechter je Pkte Lösung 6 vgl. SB 6; Kap. 1.3,. und 4 1 Punkte a) Herstellung mit einfachen Verzahnungswerkzeugen möglich Geeignet für ein austauschbares Verzahnungssystem Verzahnungen herstellbar für unterschiedliche Betriebsbedingungen Konstante Zahnkraftrichtung. b) Da sich das auf das Antriebsritzel folgende Zahnrad mit dem Übersetzungsverhältnis vergrößert, wird durch die Wahl des treibenden Zahnrades der Achsabstand und damit die Größe des Getriebes festgelegt. 8 Pkte (je Pkte) 4 Pkte Lösung 7 vgl. SB 5; Kap..4, und SB 9 19 Punkte a) Sommerfeldzahl 7 Pkte Die Sommerfeldzahl S 0 erhält man aus SB 9, Arbeitsblatt.8.3., bei gegebener relativer Exzentrizität ε. Berechnung der relativen Exzentrizität mit den Gln. (.7) und (.6): e e ε. (4 Pkte) D d s Einsetzen von s 0,5 mm und e 0,15 mm liefert: 0,15 mm ε 0, 6. 0,5 mm Damit erhält man aus dem o. g. Arbeitsblatt folgende Sommerfeldzahl: S 0 0, 5 b) Dynamische Viskosität 9 Pkte Die dynamische Viskosität η errechnet sich nach Umstellen der Gln. (.11) zu: S η 0 F Ψ b d η ω F Ψ b d S0 ω WI-KON-P Seite /4

12 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen Zur Berechnung von η werden das relative Lagerspiel Ψ und die Winkelgeschwindigkeit ω benötigt. Ψ ergibt sich mit Gl. (.8) zu: s Ψ. d Einsetzen von s 0,5 mm und d 10 mm liefert: 0,5 mm 10 mm Ψ 0, ,17 /. Für die Winkelgeschwindigkeit ω gilt: 100 ω π n π 15, 66 s. 60 s Einsetzen von F N; ψ 0,00417; b 60 mm; d 10 mm; S 0 0, 5 und ω 1566, s liefert die dynamische Viskosität zu: η N 0, , mm 10 mm 0,5 15,66 s Ns mm c) Schmieröl 3 Pkte 7 Ns SB 9, Arbeitsblatt.8.1 zeigt bei η 5, mpa s und ϑ 15 C die mm SAE-Viskositätsklasse 5. Demnach ist das Schmieröl Motorenöl / Winter SAE 0W einzusetzen. Lösung 8 vgl. SB 6; Kap Punkte a) Gesamtübersetzung 7 Pkte Die Gesamtübersetzung errechnet sich nach Gl. (1.3) zu: i i 1 i Die Einzelübersetzungen ergeben sich nach Gl. (1.) zu: z z i 1 und i 4. z1 z3 z ; z 46 ; z 3 17 und z 4 54 liefert: Einsetzen von i 1, 88 und i 3, Damit erhält man als Gesamtübersetzung: i i1 i, 88 3, 18 9, 16 b) Abtriebsdrehzahl 4 Pkte Gln. (1.1) stellt das Verhältnis der Eingangsdrehzahl zur Ausgangs- bzw. Abtriebsdrehzahl dar. Umstellen nach der Abtriebsdrehzahl liefert: i ne na na ne i WI-KON-P Seite 3/4

13 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen Einsetzen von n E n1 1080min und i 9, 16 liefert die gesuchte Abtriebsdrehzahl: 1080 min n A n3 117,90 min. 9,16 Lösung 9 SB ; Kap , SB 3; Kap.. und SB 9 0 Punkte Der Rundstahl wird auf Zug belastet. Daher gilt nach Gl. (.10) des SB 3, wie gegeben: σ v σ σ. z zul Mit dem in Gl. (.3) des SB gegebenen Spannungsverhältnis F 15 kn κ min 0,6 F max 5 kn und dem Werkstoff St 5 für eine Flachkehlnaht der Bewertungsgruppe B, ergibt sich mittels Tabelle.1 des SB 3 durch lineare Interpolation zwischen σ zul 110MPa für κ + 1 und σ zul 70MPa für κ 0 die zulässige Spannung zu σ zul 70 MPa + 0,6 40 MPa 94 MPa Die maximale Belastung der Flachkehlnaht unter Berücksichtigung des Betriebsfaktors ergibt sich nach Gl. (.9) des SB 3 zu: F c B F max F max 5kN und c B 1,6 liefern dann: F 5 kn 1,6 40 kn Aus der Zugspannung gemäß Gl. (.3) des SB 3 σ z F Aw und der dort für den vorgegebenen Fall ausgewiesenen Schweißnahtfläche von A folgt: w a ( d + a) π F σ z. a ( d + a) π Umstellen nach dem Durchmesser des Rundstahles d ergibt: d F a π σ z Einsetzen von d a. F 40 kn, der Nahtdicke a 4 mm und σ z σ zul 94MPa liefert: N N 4 mm π 94 mm 4 mm (3 Pkte) (3 Pkte) d 9,86 mm. Das Rundstahl muss einen Mindestdurchmesser von 30 mm besitzen. WI-KON-P Seite 4/4