Wichtiger Hinweis zum Ablauf dieser Prüfung!

Transkript

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, die Sie mit den angegebenen Hilfsmittel lösen dürfen. Dieser Aufgabenteil wird Ihnen erst dann ausgehändigt, wenn Sie Ihre Arbeitsblätter und Aufgabenstellungen zum 1. Teil beim Aufsichtsführenden abgegeben haben. Beachten Sie bei Ihrer Zeiteinteilung, dass für die Lösung des. Aufgabenteils im Durchschnitt 50 Minuten einzuplanen sind. Ausgegebene Arbeitsblätter zum 1. Teil: zum. Teil: Abgegebene Arbeitsblätter zum 1. Teil: zum. Teil: Ort, Datum Ort, Datum Name/Unterschrift Aufsichtsführende(r) Unterschrift Prüfungskandidat(in) Aufgabe Summe max. Punktezahl Prüfer Prüfungsnote Bewertung Datum, Name/Unterschrift 1. Prüfer Datum, Name/Unterschrift Datum, Name/Unterschrift Mantelbogen, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KON-P

2 Mantelbogen, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen HFH Hamburger Fern-Hochschule Anmerkungen des Erstprüfers: Datum/Unterschrift Anmerkungen Datum/Unterschrift Anmerkungen Datum/Unterschrift WI-KON-P Seite 4

3 Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen Fach Konstruktion I und II Art der Leistung Prüfungsleistung Klausur-Knz. WI-KON-P Datum 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. 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. Die Lösungen und Lösungswege sind in einer für den Korrektor 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. Hilfsmittel: Bearbeitungszeit: 90 Minuten Für die Aufgaben 1 bis 5: keine Anzahl Aufgaben: Höchstpunktzahl: Vorläufiges Bewertungsschema: Viel Erfolg! von Punktzahl bis einschl. Für die Aufgaben 6 bis 9: Taschenrechner, Studienbriefe, Arbeitsblätter (SB 9) 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 I und II, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KON-P

4 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen HFH Hamburger Fern-Hochschule 1. Teil der Klausur ohne Hilfsmittel Aufgabe 1 insg. 1 Punkte Die auf beiliegender Anlage abgebildeten Zeichnungen zeigen eine Exzenterpresse (Abb. 1.1) mit zugehöriger Stückliste (Abb. 1.) und folgenden Einzelteilen: Abb. 1.3: Pleuelstange und Exzenterschraube (Pos. 6 und 8) Abb. 1.4: Antriebsscheibe (Pos. 11) und Vorderführung (Pos. 4) Abb. 1.5: Bodenplatte (Pos. ). a) Die Fragen (1) bis (3) beziehen sich auf Pos. 6 und 8. 7 Pkte (1) Nach welchem ISO-Passsystem wird hier gefertigt? () Nach welcher ISO-Toleranz-Art sind die Passteile gefügt? (3) Begründen Sie diese Passungsauswahl. b) Welche Teile bewegen sich, wenn sich die Antriebsscheibe (Pos. 11) bewegt? 4 Pkte c) Wie oft muss sich der Exzenter (Pos. 7) drehen, damit der Stößel (Pos. 5) 00 Hin- und Rückhübe macht? 3 Pkte d) An der Vorderführung (Pos. 4) ist das Maß 0,03 3 0,01 infolge Verschleiß auf 0,04 3 0,01 größer geworden. Welche Reparaturmöglichkeit besteht, um das ursprüngliche Maß von stellen? Beschreiben Sie Ihren Lösungsvorschlag. e) Auf der Bodenplatte (Pos. ) sind zwei Aussparungen anzufertigen: 4 x 0H7 x ,1 mm 6 x 6H7 x ,1 mm Unterbreiten Sie einen Fertigungsvorschlag. 0,03 3 0,01 wieder herzu- 4 Pkte 3 Pkte Aufgabe insg. 7 Punkte Nachstehend sehen Sie fünf Flanschverbindungen. Geben Sie an, welche Verbindung mit einer Stiftschraube, mit einer Doppelmutter-Dehnschraube, mit einer Kopfschraube und mit einer Durchsteck-Dehnschraube hergestellt ist. (1) () (3) (4) (5) WI-KON-P Seite 1/6

5 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 3 HFH Hamburger Fern-Hochschule insg. 5 Punkte Erläutern Sie, warum unter Knickbeanspruchung bei vorgegebener Größe der Querschnittsfläche ein dünnwandiges Rohr am besten geeignet ist. Aufgabe 4 insg. 6 Punkte Die folgende Zeichnung stellt ein Kegelradgetriebe dar a) Benennen Sie die fachgerechte Verbindung von Teil 5 mit Teil 9. Pkte b) Beide Wellen liegen in einer bestimmten Lage zueinander. Welches ist die kennzeichnende Wellenlage eines Kegelradgetriebes? Pkte c) Welche Kraftaufnahme erfolgt durch die Teile und 10? Pkte WI-KON-P Seite /6

6 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 5 HFH Hamburger Fern-Hochschule insg. 7 Punkte Das folgende Bild zeigt ein Stirnrad-Getriebe verbunden mit Schnecke und Schneckenrad. z 6 = 50 z 1 = 100 n 1 z 4 = 60 z 5 = z = 40 z 3 = 80 a) Ermitteln Sie die Gesamtübersetzung der drei Zahnradstufen. 4 Pkte b) Berechnen Sie die Drehzahl für das Zahnrad z 1, wenn das Schneckenrad z 6 eine Drehzahl von 300 min1 hat. 3 Pkte WI-KON-P Seite 3/6

7 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen HFH Hamburger Fern-Hochschule Name, Vorname Dieses Aufgabenblatt ist zugleich Teil Ihrer Arbeitsblätter. Geben Sie dieses Blatt in jedem Fall zusammen mit Ihren übrigen Arbeitsblättern ab. Zu Aufgabe 1: Abb. 1.1: Exzenterpresse Abb. 1.: Stückliste (Ausschnitt) Lfd.-Nr. Stückzahl Benennung Sach-Nr. Bemerkung 1 1 Pressenständer DIN Fl30x110x195 C45W 1 Bodenplatte DIN Fl5x110x135 C45W 3 1 Ständerführung DIN Fl5x40x105 C45W 4 1 Vorderführung DIN Fl5x40x105 C45W 5 1 Stößel DIN Fl5x45x85 C105W1 6 1 Pleuelstange DIN Fl10x0x80 C105W1 7 1 Exzenter DIN Rd35x80 C105W1 8 1 Exzenterschraube DIN Rd35x40 C45W 9 1 Passfeder DIN 6885 A5x5x14 C Buchse DIN Sint-A 11 1 Antriebsscheibe DIN Rd40x35 RSt Zylinderschraube DIN 91 M8x0-9, Scheibe DIN 15 A8,4-St 14 Zylinderstift DIN 7 Bm6x60 St50K 15 4 Zylinderschraube DIN 91 M8x50-8, Stützelement DIN Fl5x5x105 C45W 17 Zylinderschraube DIN 91 M8x5-9, Zylinderstift DIN 7 Bm6x13 St50K Hinweis: Die angegebenen Sach-Nr. und Werkstoffbezeichnungen erheben keinen Anspruch auf Aktualität, sondern dienen lediglich der Demonstration des Beispieles. WI-KON-P Seite 4/6

8 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen HFH Hamburger Fern-Hochschule Abb. 1.3: Pleuelstange (1)/ Exzenterschraube () (1) () 8 Rz16 Rz4 ( ) 6 Abb. 1.4: Antriebsscheibe (1) und Vorderführung () (1) Rz16 Rz4 () 11 ( ) Rz16 Rz4 ( ) 4 Rz16 Rz4 ( ) Abb. 1.5: Bodenplatte Rz16 Rz4 ( ) WI-KON-P Seite 5/6

9 Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 6. Teil der Klausur mit Hilfsmitteln HFH Hamburger Fern-Hochschule insg. 9 Punkte Eine Antriebswelle mit Riemenscheibe (Gesamtgewicht 840 N) erfährt infolge der Gewichtskraft F G eine Durchbiegung von f = 1,6 mm. Berechnen Sie die kritische Wellendrehzahl n K in min1. Lösungshinweise: (1) Wir empfehlen zur Lösung dieser Aufgabe die Verwendung des Studienbriefes 4. () Die zur Berechnung notwendige Federsteife c ergibt sich als Quotient von Gewichtskraft und Durchbiegung. Aufgabe 7 insg. 18 Punkte Ein Rundstahl (St 5, Durchmesser 30 mm) ist an eine Konsole zu schweißen. Es tritt eine schwellend wirkende Zugkraft zwischen 15 und 5 kn auf. Ein Betriebsfaktor 1,6 ist vorzusehen. Berechnen Sie die erforderliche Nahtdicke a (Flachkehlnaht der Bewertungsgruppe B), deren Wert zwischen 3 und 5 mm zu suchen ist. Lösungshinweise: (1) Wir empfehlen zur Lösung dieser Aufgabe die Verwendung des Studienbriefes 3. () Es ist die Vergleichsspannung nach der Normalspannungshypothese v = z zul zugrunde zulegen. Aufgabe 8 insg. 11 Punkte Ermitteln Sie für das Rillenkugellager 614 rechnerisch: a) die nominelle Lebensdauer L 10h in Betriebsstunden bei einer radialen Belastung von F r 8000 N und einer Drehzahl von 1 n 100 min. b) die zulässige radiale Belastung F r, zul in kn, wenn die doppelte von der unter a) ermittelten Lebensdauer L 10h gefordert wird. Lösungshinweis: Wir empfehlen zur Lösung dieser Aufgabe die Verwendung des Studienbriefes 5 und des Arbeitsblattes Pkte 5 Pkte Aufgabe 9 insg. 16 Punkte Bei einem Geradstirnradpaar mit Nullrädern muss der Nullachsabstand von 16 mm genau eingehalten werden. Folgende Daten liegen vor: Antriebsdrehzahl: 840 min 1 Übersetzung: 3,5 Modul: 4 mm Ermitteln Sie: a) die Abtriebsdrehzahl 3 Pkte b) die Zähnezahlen für Ritzel und Rad 9 Pkte c) die Teilkreisdurchmesser für Ritzel und Rad 4 Pkte Lösungshinweis: Wir empfehlen zur Lösung dieser Aufgabe die Verwendung des Studienbriefes 6. WI-KON-P Seite 6/6

10 Korrekturrichtlinie zur Prüfungsleistung Konstruktion I und II am Wirtschaftsingenieurwesen WI-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, dann erteilen Sie die hierfür vorgesehenen Punkte ohne weiteren Abzug. Ihre Korrekturhinweise und Punktbewertung nehmen Sie bitte in einer zweifelsfrei lesbaren Schrift vor. Die von Ihnen vergebenen Punkte und die daraus sich gemäß dem nachstehenden Notenschema ergebende Bewertung tragen Sie in den Klausur-Mantelbogen sowie in die Ergebnisliste ein. Gemäß der Diplomprüfungsordnung ist Ihrer Bewertung folgendes Notenschema zugrunde zu legen: 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 Die korrigierten Arbeiten reichen Sie bitte spätestens bis zum 17. September 003 in Ihr Studienzentrum ein. Dies muss persönlich oder per Einschreiben erfolgen. Der angegebene Termin ist unbedingt einzuhalten. Sollte sich aus vorher nicht absehbaren Gründen ein Terminüberschreitung abzeichnen, so bitten wir Sie, dies unverzüglich Ihrem Studienzentrenleiter anzuzeigen. Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KON-P

11 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen HFH Hamburger Fern-Hochschule Lösung 1 vgl. SB 1 insg. 1 Punkte a) 7 Pkte (1) ISO-Passsystem Einheitsbohrung () Spielpassung (3) Teile sollen mit leichtem Spiel laufen. Eine Verkleinerung des Spiels z. B. H7/h6 verteuert (3 Pkte) die Fertigung. Zu großes Spiel bewirkt frühzeitigen Verschleiß der Teile unter Belastung. b) Es bewegen sich die Teile 5, 6, 7, 8, 9, 1, 13, Pkte (je ½ Pkt) c) Der Exzenter muss sich 00 mal drehen. 3 Pkte d) 1. Teil 4 demontieren.. Teil 4 mit der Außenseite (Köpfe der Zylinderschrauben liegen an) auf Flachschleifmaschine legen und 0,01 mm von der Innenseite (Pos. 4) abschleifen Pos. 4 wieder montieren. 4 Pkte (½ Pkt) (3 Pkte) (½ Pkt) e) Fertigungsvorschlag: Beide Aussparungen mit Stirnfräser fräsen. oder Beide Aussparungen senkerodieren. Vor dem Erodieren sind die beiden Bohrungen zwecks Spülung anzubringen. 3 Pkte Lösung vgl. SB 3, Kap. 3. insg. 7 Punkte (1) Durchsteckschraube 1 Pkt () Stiftschraube 1 Pkt (3) Kopfschraube 1 Pkt (4) Durchsteck-Dehnschraube Pkte (5) Doppelmutter-Dehnschraube Pkte Lösung 3 vgl. SB, Kap insg. 5 Punkte 1. Keine bevorzugte Knickrichtung, da symmetrischer Querschnitt.. Größtmögliche Ausdehnung der Querschnittsfläche, da dünnwandiger Hohlquerschnitt. je,5 Pkte Lösung 4 vgl. SB 4, Kap..1.1 und SB 6, Kap. 1. insg. 6 Punkte a) Keilwellen- und Keilnabenprofil Pkte b) Die Wellen schneiden sich. Pkte c) Sie nehmen die vom Kegelradgetriebe stammenden Axial- und Radialkräfte auf. Pkte WI-KON-P Seite 1/4

12 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen HFH Hamburger Fern-Hochschule Lösung 5 vgl. SB 6, Kap. 1.3 insg. 7 Punkte a) Gesamtübersetzung: z z4 z iges z z z , b) Drehzahl n 1 : n1 iges n6 Durch Umstellung folgt: n i ges n 6 7,5 300 min 50 min 4 Pkte (3 Pkte) 3 Pkte Lösung 6 vgl. SB 4, Kap insg. 9 Punkte Nach SB 4, Gl. (1.8), gilt für die kritische Wellendrehzahl 1 c nk. m Entsprechend Lösungshinweis () gilt F m g c G f f und damit 1 m g 1 g nk. π f m π f Einsetzen von 3 g 9,81 ms und f 1,6 10 m liefert die kritische Wellendrehzahl n n k k ,04 s 3 s 84,4 min 9,81m 1, m Lösung 7 vgl. SB 3, Kap.. insg. 18 Punkte Vergleichsspannung entsprechend der Normalspannungshypothese nach Lösungshinweis (): v z zul Das Spannungsverhältnis F F min max 15 kn 5 kn 0,6 und der Werkstoff St 5 für Flachkehlnaht der Bewertungsgruppe B nach SB 9, Arbeitsblatt..3, führen auf 110 MPa für 1 zul zul 70 MPa für 0 WI-KON-P Seite /4

13 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen HFH Hamburger Fern-Hochschule und damit mittels linearer Interpolation zu einer zulässigen Spannung von 70 MPa 0,6 40 MPa 94 MPa. zul Berücksichtigen des Betriebsfaktors F c B F max und Einsetzen von F max 5 kn und c B 1, 6 liefern F 5 kn 1,6 40 kn. Mit der Zugspannung nach Gl. (.3) z F A w ergibt sich die Mindest-Schweißnahtfläche N A mm 45,5 mm. 94 N F w z Andererseits lässt sich die Schweißnahtfläche berechnen mit Aw a ( d a) bzw. 45,5 mm a 30 mm a. Nunmehr ist der Frage nachzugehen, für welches a sich die Mindest-Schweißnahtfläche von 45 mm ergibt? Setze a 3 mm A 311,0 mm Für a 4 mm w A w 47,3 mm. a 4 mm erhält man eine Schweißnahtfläche von 47,3 mm > 45,5 mm. (3 Pkte) (1 Pkte) Lösung 8 vgl. SB 5: Kap. 1.3 insg. 11 Punkte a) Nominale Lebensdauer: 6 Pkte Die nominelle Lebensdauer L 10h in Betriebsstunden errechnet sich aus der Lebensdauergleichung (1.4): p 10 6 C L10h mit p 3 für Kugellager 60 n P Aus dem Arbeitsblatt.7.1 wird für das Rillenkugellager 614 der Wert C 6 kn entnommen. Einsetzen von dauer: 10h 1 n 100 min, C 6 kn und P F r 8 kn liefert für die nominelle Lebens- L 6465 h. b) Zulässige radiale Belastung: 5 Pkte Umstellen der Lebensdauergleichung unter a) nach der Belastung P F r, zul ergibt: 1 6 p P 10 (3 Pkte) C L n 10h 60 1 Einsetzen von L 10h 6465 h 1930 h, n 100 min, C 6 kn und p 3 liefert: P 6,35 kn Fr,zul WI-KON-P Seite 3/4

14 Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Konstruktion I und II, Wirtschaftsingenieurwesen HFH Hamburger Fern-Hochschule Lösung 9 vgl. SB 6, Kap. 1.3,.3 und.4 insg. 16 Punkte a) Abtriebsdrehzahl 3 Pkte Nach Gl. (1.1) gilt für die Abtriebsdrehzahl: ne na i min 1 40 min 3,5 b) Zähnezahlen: Nach Gl. (.9) berechnet sich der Nullachsabstand mit z1 z ad m. Einsetzen von z i z1 aus Gl. (1.) liefert z1 (1 i) ad m. Auflösen dieser Gleichung nach der Zähnezahl des Ritzels liefert: a z d 1 m (1 i) 16 mm 18 4 mm (1 3,5) Damit lautet die Zähnezahl des Rades: z i z1 3, Pkte c) Teilkreisdurchmesser: 4 Pkte Aus Gl. ( c) folgen die Teilkreisdurchmesser Ritzel: d1 z1 m 18 4 mm 7 mm Rad: d z m 63 4 mm 5 mm. WI-KON-P Seite 4/4