Fach Kraft- und Arbeitsmaschinen Art der Leistung Prüfungsleistung Klausur-Knz. WI-KMA-P1 04100 Datum 0.10.004 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/ 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 nummerisch 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 7: keine Anzahl Aufgaben: Höchstpunktzahl: 10 100 Vorläufiges Bewertungsschema: von Punktzahl bis einschl. Für die Aufgaben 8 bis 10: Studienbriefe, HFH-Taschenrechner Note 95 100 1,0 sehr gut 90 94,5 1, sehr gut 85 89,5 1,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5, gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5,0 befriedigend 60 64,5, befriedigend 55 59,5,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KMA-P1 04100
Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen 1. Teil der Klausur ohne Hilfsmittel Aufgabe 1 insg. Punkte Ordnen Sie den abgebildeten Schaufelgittern die folgenden Aussagen durch Ankreuzen im beiliegenden Arbeitsblatt richtig zu. Schaufelgitter Aussage Gitter eines Verdichters Strömung wird verzögert Energieumsetzung hoch Druck nimmt ab Gefahr der Strömungsablösung gering Erforderliche Stufenzahl hoch Aufgabe insg. 5 Punkte Wofür ist das CORDIER-Diagramm besonders gut geeignet? Aufgabe insg. 8 Punkte Stellen Sie mit der Kennlinie H f (V & ) die Drehzahlregelung einer Kreiselpumpe dar, erläutern Sie diese, und schätzen Sie den technischen und finanziellen Aufwand dieser Regelung ein. Aufgabe 4 insg. 8 Punkte Beschreiben Sie detailliert das Funktionsprinzip der nebenstehend abgebildeten Zahnradpumpe. Benutzen Sie dazu die zur Benennung der Bauteile und des Fluidflusses angegebenen Ziffern und Buchstaben. WI-KMA-P1 04100 Seite 1/4
Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 5 insg. 5 Punkte Mit welcher Ventilsteuerung ist die höchste Drehzahl möglich und warum? Aufgabe 6 insg. 5 Punkte a) Nachstehend ist eine Verdrängermaschine abgebildet. Um was für eine Maschine handelt es sich hierbei? b) Welchen Vorteil hat diese Maschine bzgl. der Qualität der verdichteten Gase und warum? Pkte Aufgabe 7 insg. 7 Punkte Was sind Nebenkammerverfahren, und welche Vor- und Nachteile haben Sie? WI-KMA-P1 04100 Seite /4
Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, 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: Schaufelgitter Aussage Gitter eines Verdichters Strömung wird verzögert Energieumsetzung hoch Druck nimmt ab Gefahr der Strömungsablösung gering Erforderliche Stufenzahl hoch WI-KMA-P1 04100 Seite /4
Klausuraufgaben, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen Aufgabe 8. Teil der Klausur mit Hilfsmitteln insg. 0 Punkte Bei der Inventur wird ein Ventilator gefunden, von dem nur die folgenden Daten bekannt sind: Druckzahl ψ 0,80 Drehzahl n 950 min-1 Lieferzahl φ 0,10 Dichte ρ 1,5 kg/m Leistungskennzahl λ 0,11 Laufraddurchmesser d 0,5 m Volumenstrom V & 1,516 m /s. Berechnen Sie a) die Förderhöhe H 8 Pkte b) den Wirkungsgrad η 4 Pkte c) die Leistung des Antriebsmotors P. 8 Pkte Aufgabe 9 insg. 18 Punkte Einem Motor mit einer Leistung von P 1 150 kw bei n 1 750 min-1 ist eine hydrodynamische Kupplung mit einem Schlupf von s % nachgeschaltet. Berechnen Sie für die Kupplung a) das zu übertragende Moment M K 8 Pkte b) den Wirkungsgrad η K 4 Pkte c) die abgegebene Leistung P und die Drehzahl n 6 Pkte Aufgabe 10 insg. 1 Punkte Ein Dreizylinder-Zweitakt-Ottomotor hat folgende Daten: Bohrung d 7,5 mm Hub s 78 mm Verdichtungsverhältnis ε 7,5 effektive Leistung P e 6,8 kw bei der Drehzahl n 450 min-1 Berechnen Sie a) das Hubvolumen des Motors V H 7 Pkte b) das Kompressionsvolumen eines Zylinders V CZ 7 Pkte c) die effektiv nutzbare Arbeit W e 7 Pkte WI-KMA-P1 04100 Seite 4/4
Korrekturrichtlinie zur Prüfungsleistung Kraft- und Arbeitsmaschinen am 0.10.004 Wirtschaftsingenieurwesen WI-KMA-P1 04100 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. Bitte achten Sie auf Folgefehler. Wurden bezogen auf eine falsche Lösung zu Folgefragen richtige Antworten bzw. Lösungen angegeben, dann sind diese ohne Punktabzug zu bewerten. Das bezieht sich auf Aufgaben jeglicher Art, nicht nur auf numerisch zu lösende. 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: von Punktzahl bis einschl. Note 95 100 1,0 sehr gut 90 94,5 1, sehr gut 85 89,5 1,7 gut 80 84,5,0 gut 75 79,5, gut 70 74,5,7 befriedigend 65 69,5,0 befriedigend 60 64,5, befriedigend 55 59,5,7 ausreichend 50 54,5 4,0 ausreichend 0 49,5 5,0 nicht ausreichend Die korrigierten Arbeiten reichen Sie bitte spätestens bis zum 18.11.004 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, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen WI-KMA-P1 04100
Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung 1 vgl. SB 1; Abschn..1.4 insg. Punkte Schaufelgitter Aussage Gitter eines Verdichters Strömung wird verzögert Energieumsetzung hoch Druck nimmt ab Gefahr der Strömungsablösung gering Erforderliche Stufenzahl hoch (je 1/ Pkt; bei Doppelankreuzungen je Aussage 0 Pkte vergeben) Lösung vgl. SB 1: Abschn...4 insg. 5 Punkte Es ist für die Auslegung von optimalen Kraft- und Arbeitsmaschinen gut geeignet. Aus den vorgegebenen Daten für Druck und Volumenstrom können der Typ einer Strömungsmaschine und ihr Laufraddurchmesser bestimmt und verschiedene Maschinenvarianten verglichen werden. 1 Pkt 1 Pkt 1 Pkt Lösung vgl. SB 1: Abschn...4 insg. 8 Punkte Pkte Die Reduzierung der Drehzahl führt nach den Modellgesetzen zu einer Reduzierung von Druck, Volumenstrom und Leistung bei gutem Wirkungsgrad. Sie ist technisch jedoch relativ aufwändig und damit teuer. Pkte WI-KMA-P1 04100 Seite 1/4
Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen Lösung 4 vgl. SB : Abschn... insg. 8 Punkte Der Antrieb erfolgt über die Antriebswelle (). Sie treibt über eine Innenverzahnung die in Buchsen (5) gelagerten Zahnräder. Die Zahnräder (7) drehen sich gegenläufig. Dabei wird in den freien Zahnkammern bei der angegebenen Drehrichtung das Fluid von links nach rechts gefördert. Die aneinander kämmenden Zahnflanken der beiden Räder dichten den Druckraum P gegen den Saugraum S ab. Das dabei unter hohem Druck stehende Quetschöl wird seitlich abgeleitet und über Nuten im Lagerblock (4) in den Druckraum geführt. Dadurch wird ein harter Lauf der Pumpe vermieden. Lösung 5 vgl. SB 4: Abschn..5.5 insg. 5 Punkte Die Ventilsteuerung mit obenliegender Nockenwelle und Tassenstößel hat die geringste schwingende Masse. Pkte Sie hat damit die höchste Eigenfrequenz und wird deshalb für hohe Drehzahlen eingesetzt. Lösung 6 vgl. SB ; Abschn..4. insg. 5 Punkte a) Drehkolbengebläse (ROOTS-Gebläse) b) Das geförderte Gas ist ölfrei, da eine Schmierung im Arbeitsraum nicht notwendig. Pkte Lösung 7 SB 4; Abschn..5.8. insg. 7 Punkte Der Arbeitsraum ist in Neben- und in Hauptkammer geteilt. Eingespritzt wird in die Nebenkammer, wo eine Vorverbrennung beginnt und eine gute Gemischaufbereitung eingeleitet wird. Das hat bessere Abgaswerte zur Folge und verminderte Geräusche, ist aber mit einem höheren Kraftstoffverbrauch verbunden. Pkte Lösung 8 SB 1; Abschn... insg. 0 Punkte a) Aus Gl. (.16) für die Druckzahl g H ψ u und der allgemeinen Gleichung für die Umfangsgeschwindigkeit u d π n folgt nach Gleichungsumstellung und Einsetzen 8 Pkte WI-KMA-P1 04100 Seite /4
Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen H ψ ( d π n) g 950 min 0,80 0,5 m π min 60 s 9,81 m/s 4, m. b) Aus Gl. (.1) für die Leistungskennzahl einer Arbeitsmaschine ψ ϕ λ η folgt der Wirkungsgrad ψ ϕ η λ 0,80 0,10 0,77. 0,11 c) Mit den Gln. (.19) und (.) P V& p 1 η p ρ g H lässt sich die Leistung des Antriebsmotors bestimmen: V& ρ g H P η 1,516 m 1,5 kg 9,81 m 4, m W s s m s 0,77 kg m 6 19 W. 4 Pkte 8 Pkte Lösung 9 vgl. SB : Kap..8 insg. 18 Punkte a) Kupplungen übertragen ein Moment unverändert von der Antriebs- zur Abtriebsseite, so dass das Moment aus Motorleistung und Drehzahl gemäß Gl. (.1) aus SB 1 wie folgt berechnet werden kann P M 1 K ω 1 Mit der Winkelgeschwindigkeitω π n1 gilt M K P1 π n 1 150 kw π 750 min 51 Nm. 1 60 s 1000 Nm min kw s b) Der Wirkungsgrad berechnet sich aus dem Schlupf nach Gl. (.44) ηk 1 s 1 0,0 0,97. 8 Pkte 4 Pkte WI-KMA-P1 04100 Seite /4
Korrekturrichtlinie, Prüfungsleistung, Kraft- und Arbeitsmaschinen, Wirtschaftsingenieurwesen c) Abgegebene Leistung und Drehzahl folgen aus Gl. (.4) P P1 ηk 150 kw 0,97 145,5 kw. n n η 1 K 750 min 1 0,97 667,5 min 1. 6 Pkte Lösung 10 vgl. SB : Kap..1.1; SB 4: Kap..5 insg. 1 Punkte a) Das Hubvolumen eines Zylinders beträgt gem. SB, Abschn..1.1 d π s VHZ 4 ( 7,5 cm) π 7,8 cm 1 cm. 4 Damit wird das Hubvolumen des Dreizylindermotors V H V z HZ 1cm b) Die Gl. (.7) des SB 4 V HZ + VCZ ε VCZ liefert nach Umstellung ε ε 99 cm VCZ VHZ + VCZ VCZ VCZ VCZ ( ε 1) VHZ das Kompressionsvolumen eines Zylinders V CZ VHZ ε 1 1cm 7,5 1 50,9 cm c) Durch Einsetzen der Gl. (.11) des SB 4 We w ev VH in die Gl. (.14) des SB 4 We Pe wev VH n VH n We n VH berechnet sich die effektiv nutzbare Arbeit zu W e Pe n 6,8 kw 450 min 519,5 J. 1 60 s 1000 J min kw s.. 7 Pkte ( 7 Pkte ( Pkte) 7 Pkte WI-KMA-P1 04100 Seite 4/4