1. August 2008 Mastereingangstest · Frank-Read-Quellen (source). Kohlenstoff im Eisen führt zur Bildung (formation) von Einlagerungs- ... Frank Abelbeck Subject: Eignungsfeststellung

Fakultät für MaschinenbauImmatrikulationsamt – Admissions

1. August 2008

Mastereingangstest

Masterstudiengang Produktion und Logistik

Name:

Allgemeiner Teil Ergebnis BemerkungMechanikKonstruktionstechnikWerkstoffkundeThermodynamik

Summe

Vertiefungsrichtung Ergebnis BemerkungProduktionstechnik

Gesamt Ergebnis BemerkungSumme

Zeitdauer: 90 Minuten

Erlaubte Hilfsmittel: Nichtprogrammierbarer Taschenrechner, Wörterbuch

Anmerkungen: Der Test besteht aus einem allgemeinen Teil und einem Vertiefungsteil.Jeder Bewerber muss sowohl den allgemeinen Teil als auch den Vertiefungsteil bearbei-ten.

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Mastereingangstest Allgemeiner Teil

Allgemeiner Teil

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Aufgabe 1 (5 Punkte)

Eine homogene Platte in Form einesgleichseitigen Dreiecks (Kantenlängea, GewichtG) ist in ihrem Schwerpunkt(center of mass) über einen fest ein-gespannten, masselosen Balken (Län-ge b) aufgehängt. An einer Ecke derPlatte greift die Kraft ~F an. An denbeiden anderen Ecken ist jeweils einZusatzgewicht (additional weight)G an-gebracht.

Die rechte Kante des Dreiecks verläuft parallel zur Y-Achse.

Wie groß sind die Kräfte und Momente an der Einspannstelle A des Balkens? (Calculatethe reaction forces and torques in A)

Gegeben: a, b, ~F =

5F−F−F

, F , G




Skizzieren Sie für den dargestellten Träger den Verlauf der Querkraft Q und des Biege-momentes Mb und geben Sie die Eckwerte an.

Gegeben: `, F




Wie groß ist das Flächenmoment zweiter Ordnung (Flächenträgheitsmoment) Izz des ge-zeigten zugesammengesetzten Querschnitts?

Gegeben: a




Die Zeichnung zeigt einen Ausschnitt eines ölgeschmierten Getriebes (oil lubricated gearsystem). Es liegen mehrere konstruktive Mängel bzw. Fehler in dem Getriebe vor, dieunter der Zeichnung beschrieben sind (design deficiencies and mistakes respectively asdescribed below). Markieren Sie diese Fehler mit den entsprechenden Ziffern (mark thesemistakes using the associated numbers given below). [PP: Presspassung, press fit]

1. Fehlende axiale Bauteilfestlegung (missing axial component fixation) Es existierenzwei Möglichkeiten (two options)

2. fehlende Bauteilzentrierung (missing component centering)

3. fehlende Drehmomentübertragung (missing torque transmission)

4. unmögliche Bauteilmontage (impossible component assembly)




Aufgabe 5a (1 Punkt)

Bestimmen Sie durch Ankreuzen (tick off), welche Art von Kraftübertragung (principle ofload transmission) in Pressverbindungen (interference fits) vorliegt.

© Stoffschluss (cohesion)© Kraftschluss (traction forces)© Formschluss (positive interlocking)

Welche Verbindungen (connections) sind nicht lösbar (are not dismountable)?

© Stoffschlüssige Verbindungen (cohesion)© Kraftschlüssige Verbindungen (traction forces)© Formschlüssige Verbindungen (positive interlocking)

Aufgabe 5b (2 Punkte)

Es soll eine fremdbetätigte Konuskupplung (externallyactuated cone clutch) entsprechend der angegebenenSkizze berechnet werden. Zwischen den Kupplungs-hälften (coupling half) liegt der Reibbelag (friction lining)mit dem Reibwert µ (coefficient of sliding friction). DieKraft (external force) F wird von außen aufgebracht.

Gegeben:

F = 1200 N reff = 80 mmµ = 0,3 α

2 = 20◦

Wie groß ist das übertragbare Moment (torque) bei ei-ner Sicherheit gegen Durchrutschen (safety against slipping) von S = 1,4?




Die Welle eines Abluftgebläses (exhaust fan) ist in hydrodynamischen Radialgleitlagerngelagert.

Aufgabe 6a (2 Punkte)

Zeichnen Sie qualitativ den Reibwertverlauf (graph of the friction coefficient as a functionof rotational speed) beim Hochlauf (start-up) des Gebläses in das untenstehende Dia-gramm ein. Kennzeichnen Sie die Bereiche (domains) für hydrodynamische Reibung (fullfilm hydrodynamic lubrication), Mischreibung (mixed lubrication) und Grenz- bzw. Fest-körperreibung (boundary lubrication).

Aufgabe 6b (1 Punkt)

Die folgenden Skizzen zeigen verschiedene Lagen (positions) der Welle (shaft) bei un-terschiedlichen Drehzahlen (speeds). Ordnen Sie die Skizzen nach steigender Drehzahl(kleinste Drehzahl: Nummer 1 usw.). Number the drawings according to increasing shaftspeed; lowest speed: no. 1 etc.




Für jede nicht korrekt angekreuzte Antwort gibt es 12 -Punkt Abzug.

Bindungsarten (kind of linkage)Richtig Falsch Aussage

Gefüge im Eisen-Kohlenstoff-System sind immer kovalent gebun-den.Bei der Ionenbindung werden Elektronen vom Kation auf das Anionübertragen.Van-der-Waals-Bindungen beruhen auf Wechselwirkungen (interac-tion) zwischen Dipolen.Kohlenstoffatome im Graphit sind ionisch gebunden.Metalle besitzen eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit(conductivity).

Kristallgitter, GitterfehlerRichtig Falsch Aussage

Die Stapelfolge (stacking sequence) einer kubisch dichtesten Pa-ckung (cubic closed package) lautet ABBA.Miller’sche Indizes beschreiben die Anzahl und Lage von Atomen ineiner Elementarzelle.Isotropie ist die Richtungsabhängigkeit (dependency of direction)von Werkstoffeigenschaften (material properties).Die maximale Packungsdichte (packing density) in Elementarzellenbeträgt 74 %.Annihilation ist die Bildung neuer Versetzungen (dislocation) anFrank-Read-Quellen (source).Kohlenstoff im Eisen führt zur Bildung (formation) von Einlagerungs-mischkristallen (substitutional solid solution).Kubisch raumzentrierte Elementarzellen (bcc) besitzen 12 Gleitsys-teme (slip systems).Die plastische Verformbarkeit (plasticity) von Metallen beruht auf derBewegung (movement) von Versetzungen (dislocation).Zwillinge (twins) sind dreidimensionale Gitterfehler.Gleitebenen sind dichtest gepackte Ebenen.



Fe-C-Diagramm, AllotropieRichtig Falsch Aussage

Ledeburit ist das Peritektikum von Eisen und Kohlenstoff.α-Eisen und γ-Eisen sind ferromagnetisch.γ-Eisen (austenite) löst mehr Kohlenstoff als α-Eisen.Perlit besteht aus α-Eisen (ferrite) und Martensit.Das Eisen-Kohlenstoff-Diagramm gilt für beliebige (any) Abkühlge-schwindigkeiten (cooling rates).Als Gusseisen (cast iron) werden Eisen-Kohlenstoff-Legierungen be-zeichnet, in denen sich der Kohlenstoff als Graphit ausscheidet(> 2 % Kohlenstoff).Oberhalb der Curietemperatur gibt es nur α-Eisen.Eisen-Kohlenstoff-Legierungen (metastabil) besitzen einen niedrige-ren Schmelzpunkt (melting point) als reines Eisen.Zementit hat die chemische Zusammensetzung Fe2C.

KorrosionRichtig Falsch Aussage

An der Anode geben die Metallatome Elektronen ab und gehen inLösung (solute).Passivierbare Werkstoffe bilden eine Deckschicht (surface layer), dievor Korrosion schützt.Das Pilling-Bedworth-Verhältnis gibt an, wie stabil ein Werkstoff beiunterschiedlichen pH-Werten ist.

Spannungs-Dehnungs-DiagrammRichtig Falsch Aussage

Der E-Modul ist eine Werkstoffkonstante.Die Zugfestigkeit (tensile strength) ist eine Werkstoffkonstante.Dehnung ist die Längenänderung (change of length) pro Anfangs-länge (initially gauge length).Der Kerbschlagbiegeversuch charakterisiert das Werkstoffverhaltenbei einer mehrachsigen Beanspruchung und hoher Geschwindigkeit(velocity).Wirken in einem Werkstoff wechselnde Spannungen (alternatingstress), die geringer sind als die Streckgrenze (elastic limit), dannist dieser dauerfest (fatigue endurable).



Phasenlehre, Zustandsdiagramme, ErstarrungRichtig Falsch Aussage

Beim Erstarren verringert sich immer das Volumen eines Stoffes.Phasenwechsel (phase change) sind immer mit einer Änderung derMasse verbunden.Phasenwechsel (phase change) sind immer mit einer Änderung desEnergiezustandes (energy state) verbunden.Viele Verunreinigungen (impurities) in einer Schmelze (melt) begüns-tigen (benefit) die homogene Erstarrung (solidification).Eisen und Blei (Pb) sind im flüssigen und festen Zustand teilweiselöslich (partial soluble).Oberhalb der Liquidustemperatur ist eine Legierung (alloy) vollstän-dig flüssig.

StahlherstellungRichtig Falsch Aussage

Der Konverter wird mit Stahlschrott (scrap) gekühlt.Im Konverter wird der Kohlenstoffgehalt (carbon content) der Rohei-senschmelze (hot metal) reduziert.




Tragen Sie folgende Zustandsänderungen eines idealen Gases in ein T-s-Diagramm ein:

a) reversibel isotherme Entspannungb) reversibel isochore Entspannungc) reversibel adiabate Entspannungd) irreversibel adiabate Entspannung

Kennzeichnen Sie zusätzlich jene oben genannten Zustandsänderungen, bei denen eineEntropiezunahme im System auftritt.




Was bewirkt eine Zufuhr von Arbeit in einem ruhenden geschlossenen System? Gebensie eine allgemeine Formel an und erläutern sie diese kurz.

Aufgabe 10 (1 Punkt)

Nennen Sie die notwendigen Bedingungen für thermodynamisches Gleichgewicht.




Skizzieren Sie die Dampfdruckkurve in einem p-T-Diagramm.


Mastereingangstest Vertiefungsrichtung Produktionstechnik

Vertiefungsrichtung Produktionstechnik




Skizzieren Sie ein Werkzeug (tool) zum Tiefziehen (deep drawing) eines Bauteils mitrundem Durchmesser. Es ist ausreichend, wenn Sie das Werkzeug im geschlossenenZustand skizzieren. Kennzeichnen Sie die drei Komponenten des Werkzeuges:

• Ziehring (die),

• Stempel (punch) und

• Niederhalter (blank holder).


Bitte geben Sie mindestens drei Beispiele für Fügeverfahren (joining technologies) fürBleche (sheet metals) an.



Aufgabe 3 (1 Punkt)

Markieren Sie drei Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide (cuttingprocesses):

© Schleifen (grinding)© Schweißen (welding)© Bohren (drilling)© Sägen (sawing)© Walzen (rolling)© Fräsen (milling)

Aufgabe 4 (1 Punkt)

Ökonomische Gesichtspunkte spielen bei der Prozessauslegung eine wichtige Rolle. Wiewirkt sich eine Verdoppelung der Schnittgeschwindigkeit auf die Hauptzeit th (primary pro-cessing time) und die stündlichen WerkzeugkostenKWH (hourly tool costs) aus? KreuzenSie die richtige Lösung an.

© Werkzeugkosten KWH steigen, Hauptzeit th wird größer.© Werkzeugkosten KWH steigen, Hauptzeit th wird kleiner.© Werkzeugkosten KWH sinken, Hauptzeit th wird kleiner .© Werkzeugkosten KWH sinken, Hauptzeit th wird größer.


Die Spanungsdicke h kann durch die Wahl der Bearbeitungsparameter vc (Schnittge-schwindigkeit) und vf (Vorschubgeschwindigkeit) beeinflusst werden. Tragen Sie in dieTabelle die Veränderung der Spanungsdicke h mit der Veränderung der Bearbeitungspa-rameter ein.

vc = 1 vc = 2vf = 1 h = 1 h =vf = 2 h = h =




Das folgende Prinzipbild zeigt das Außenlängsdrehen. Ergänzen Sie dieses, indem Siedie Schnittgeschwindigkeit (vc), die Drehzahl (nw) sowie Passivkraft (Fp) und Vorschub-kraft (Ff ) mit ihren Richtungsvektoren einzeichnen.




Gegeben ist die folgende Schaltung:

Aufgabe 7a (1 Punkt)

Stellen Sie die Schaltgleichung L in disjunktiver Normalform (sum-of-products form) auf.

Aufgabe 7b (1 Punkt)

Übertragen Sie die Schaltung in folgendes Karnaugh-Diagramm.

b b b b

a

a

c c c c



Aufgabe 7c (1 Punkt)

Lesen Sie die minimale Schaltfunktion aus dem Karnaugh Diagramm aus. (Hinweis: Stelltdie Lösung der ersten Teilaufgabe schon die minimale Funktion dar, so geben Sie diesetrotzdem hier erneut an.)


Nennen Sie zwei verschiedene Bondverfahren (engl.: bonding procedures).


Nennen Sie vier SPS-Programmiersprachen nach IEC 61131.


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