tgt HP 2007/08-1: Brennholzspalter

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1 tgt HP 2007/08-: Brennholzspalter Der Spaltkeil (Pos. ) wird von einem Hydraulikzylinder (Pos. 3) und der Zugstange (Pos. 2) in das zu spaltende Brennholz gezogen. Der Antrieb der Hydraulikpumpe erfolgt durch einen Viertakt-Ottomotor (Pos. 5). Pos. Bezeichnung Werkstoff Spaltkeil 60WCrV8 2 Zugstange 3CrMo 3 Hydraulikzylinder Gleitlagerelemente 5 Vier-Takt-Ottomotor Teilaufgaben: Punkte Der Brennholzspalter ist für eine Höchstzugkraft von 90 kn ausgelegt. Aus dem Werkstoff der Zugstange wurde ein kurzer Proportionalstab mit d 0 20 mm hergestellt. In einem Zugversuch wurden folgende Werte ermittelt: Messung F in kn 3 66,0 32,0 66,5 88,5 202,6 22, 28,3 ΔL in mm 0,05 0, 0,2 0,3 0, 0,5 0,6 0,7. Zeichnen Sie das zugehörige Spannungs-Dehnungs-Diagramm..2 Bestimmen Sie zeichnerisch für den Proportionalstab den Werkstoffkennwert R p0,2. Berechnen Sie die Sicherheit gegen plastische Verformung bei einer Belastung mit der Höchstzugkraft F max 90 kn..3 Berechnen Sie den E-Modul. Ermitteln Sie für die Höchstzugkraft F max 90 kn die elastische Verlängerung der Zugstange mit d S 20 mm und l S 00 mm. 3,5

2 2 Beim Spaltkeil wird eine Härte von 56 HRC gefordert. 2. Beschreiben Sie die Verfahrensschritte der Wärmebehandlung und bestimmen Sie die notwendige Anlasstemperatur. 2.2 Bei der anschließenden Härteprüfung wurde folgender Härtewert ermittelt: 60HV5/30. Erklären Sie die einzelnen Angaben dieses Härtewertes und überprüfen Sie, ob die geforderte Härte erreicht wurde. 3 Der Holzspalter wird durch einen Viertakt-Ottomotor angetrieben. Folgende Daten sind bekannt: Volumen V 25,cm 3 Umgebungstemperatur 20, C Druck der angesaugten Luft p,bar Druck p 2 5,bar Temperatur 2000, C Temperatur 777, C Drehzahl n 2500,/min 3. Skizzieren Sie den Kreisprozess im p-v-diagramm. Nummerieren Sie die Eckpunkte und benennen Sie die einzelnen Zustandsänderungen. 3.2 Kennzeichnen Sie die umgesetzten Wärmemengen, die abgeführte Arbeit und die Nutzarbeit. 3.3 Ermitteln Sie die Zustandsgrößen V 2,, p Ermitteln Sie die zugeführte Wärmemenge Q 23 und den Kraftstoffverbrauch des Motors in Liter pro Stunde, wenn der Motor mit der angegebenen Drehzahl läuft und C angenommen wird.,0,0 S 30,0

3 Lösungsvorschlag Teilaufgaben:. Spannungs-Dehungs-Diagramm mit Eintragungen für die folgenden Aufgaben Punkte Wertetabelle Messung in N/mm² F in kn 3 66,0 32,0 66,5 88,5 202,6 22, 28,3 ΔL in mm 0,05 0, 0,2 0,3 0, 0,5 0,6 0,7 in % 0,05 0,0 0,20 0,30 0,0 0,50 0,60 0,70 Berechnungsbeispiel F 3 66,5kN S 0 3mm L 3 mit N 0,30mm 00 %0,30% 00mm S 0 d d mm00mm

4 .2 R p0,2 60 N/mm² (abgelesen aus dem Diagramm) Im Text zu. (im Original steht dieser Text vor.) wirkt die maximale Höchstzugkraft 90 kn auf die Zugstange, deren Maße nicht angegeben sind. In.2 ist nicht ausdrücklich angegeben, worauf die Höchstzugkraft F max 90kN wirken soll. Da man nur für die Zugprobe Maße hat, bleibt nichts anderes übrig, als F max auf d 0 20mm zu beziehen. F 3 66,5kN S 0 3mm N L 3 0,30 mm 00mm 00%0,30% S 0 d R p0,2 F Smax zzul z R S p0,2 0 S 0 F Smax 60N/mm² 3 mm 2,23 90 kn Das Rätsel wird erst in der folgenden Aufgabe aufgelöst. Zwar hatte ich mit dem Bezug auf die Zugprobe falsch geraten, aber die Rechnung kann stehen bleiben, weil es sich um denselben Durchmesser handelt..3 Das E-Modul berechnet man mit einem Wertepaar σ und ε aus dem Bereich der hookeschen Geraden von Aufgabe.. E E 20N/mm³ kn 20 0,20% mm² 2 Die Verlängerung kann vollständig berechnet werden. Die Dehnung ε kann man auch aus dem Diagramm (Aufgabe.) herauslesen. S S d 2 S F max 90 kn S S 3 286,5 N E E 286,5N/mm2 20 kn/ 0,0036 l S l S l S l S 0, mm0,56mm 2. Auf Härtemperatur bringen, Härtetemperatur halten, abschrecken und anlassen bei 300 C (aus Diagramm für 56HRC) HV 5/30 bedeutet: Härte 60 nach dem Vickers-Verfahren mit der Prüfkraft 5 x 9,8 N 9 N (entspricht 5 kg) und der Einwirkdauer 30 Sekunden. Nach der Umwertungstabelle sind 56 HRC und 60 HV vergleichbar, damit ist die geforderte Härte erreicht. (In älteren Ausgaben werden geringfügig abweichende Werte genannt) 3,5 2,0

5 3 Für Aufgabe 3 muss man den (vereinfachten) Kreisprozess eines Ottomotors auswendig kennen : Verdichten (adiabat) 2-3: Verbrennen (isochor) 3-: Arbeiten (adiabat) -: Ausstoßen / Gaswechsel (isochor) 3.2 Die Kennzeichnung von w zu ist nicht Teil der Aufgabe. 3.3 Adiabate Zustandsänderung -2 c p,005 c v 0,78, [ p p 2] [ V 2 V ] [ T p p 2] V 2 V [ [ T p 2 p 2] 25 cm [ 3 bar 5 bar] K [ 5bar p p ] Isochore Zustandsänderung 2-3, bar ], 8,06cm³, 635,2K p 2 p 3 p T 3 p 2 T 3 5 bar K 53,7 bar 3 635,2 k Da sogar gegeben ist, könnten die Werte mit einem zusätzlichen Rechenschritt (p aus p ) auch gegen den Uhrzeiger ermittelt werden. 3. Wärmebedarf je Takt p Vm R i T 5,0 m Luft P V 0 5 N m 3 bar 25 cm³ m R i T 0,287 kj kgk K 0,287 J 0,9 g g 293 Q 23 c v m Luft Tc v m Luft T 3 0,78 kj 0,9 g K75 J kgk Mit dem Heizwert H u (aus dem Tabellenbuch) und der Dichte ρ von Benzin ergibt sich der Benzinbedarf je Takt: H U Q m m Q 23 BenzinproTakt 75 J H U 3 MJ/kg,07mg m V V m Benzinpro Takt Benzin pro Takt,07mg 0,75kg/dm 35,3mm3 Da ein -Takt-Motor nur bei jeder 2. Kurbelwellen-Umdrehung Kraftstoff verbrennt, finden n/2 250/min Arbeitstakte pro Minute statt: V Benzin V Benzinpro Takt n 2 5,3mm Takte cm3 6,78 2 min min 0, l h S 30,0