MUK-Set MUK01-MUK10 SGD-Einsendeaufgaben

MUK01

1. Nennen Sie die vier Phasen des Konstruierens.
2. Was ist ein technisches Gebilde nach VDI 2223?
3. Was ist eine Quantitäts-, was eine Qualitätsangabe?
4. Welche Schritte führen von der Aufgabenstellung zu einer allgemeinen Problemformulierung?
5. Nennen Sie Unterschiede zwischen Brainstorming und normaler Besprechung.
6. Nennen Sie Konstruktionskataloge nach VDI 2222.
7. Welche Schritte sind bei der Konkretisierung der Konzeptvarianten nötig?
8. Beschreiben Sie die Punktbewertung nach VDI 2225.
9. Nennen Sie Grundregeln des Gestaltens.
10. Was bedeutet „Fail-safe-Verhalten“?
11. Skizzieren Sie in einer Tabelle vier unterschiedliche rein mechanische Möglichkeiten, eine Rotationsbewegung in eine Translationsbewegung umzusetzen, und nennen Sie je drei Vor- und Nachteile dazu.

MUK02

1. Erklären Sie den Begriff „Überbestimmen“ anhand einer Skizze für einen Winkelhebel, der in eine Bohrvorrichtung gelegt werden soll (Maße beliebig).
2. Welche Abhilfe ist zur Vermeidung des Überbestimmens (Aufgabe 1) möglich?
3. Nennen Sie die Unterschiede zwischen starren und elastischen Spannelementen.
4. Welche Vorteile bieten umlaufende Bohrbuchsen?
5. Prüfen Sie bitte Abb. H.2. Nennen und begründen Sie die Konstruktions- und Darstellungsfehler.
6. In der Anlage E ist eine Vorrichtung mit Baukastenelementen zusammengestellt. Warum sind die Führungsleisten (3) mit 4 Zylinderstiften (14) auf der Grundplatte positioniert?
7. Verbessern Sie bitte die Anordnung der Spannkraft FSP in Abb. H.3! Welche Folgen hat die gezeigte Anordnung?
8. Beschreiben Sie bitte die Funktion eines Hakenspanners (vgl. Abb. H.4)!
9. Konstruieren Sie bitte eine Bohrplatte zum Bohren senkrechter Bohrungen in eine unter 30° schräg zur Waagerechten verlaufenden Werkstückfläche, und verwenden Sie hierfür eine Bohrbuchse mit Bund (nur Platte mit Bohrbuchse und Werkstück darstellen, ohne Bemaßung!).
10. Abb. H.5 zeigt mehrere Ausführungen einer Umformvorrichtung. Welche Ausführung würden Sie empfehlen? Begründen Sie Ihre Wahl, welche Nachteile haben die zwei nicht empfohlenen Ausführungen? Beachten Sie die Unterschiede der Stempel!

MUK03

1. In einem geschweißten Druckbehälter aus S355 mit dem Innendurchmesser Di = 1 100 mm herrscht ein Druck von pe = 15 bar. Es soll eine Schweißnahtdicke von s = 8 mm mit einer zu erwartenden Dickeabweichung von  0,4 mm verwendet werden.
Welche Temperatur darf das Beschickungsmaterial maximal haben? Geben Sie die Größe der maximalen, minimalen und der Vergleichsspannung an.

2. Ein [-Profilstab 80 DIN 1026 mit einer Steghöhe von 80 mm und der Flanschbreite 45 mm soll an einem Knotenblech angeschweißt werden. Die Schweißnähte sollen dabei nicht durchgezogen, sondern unterbrochen mit den Längen
L1 = 80 mm und L2 = 50 mm ausgeführt werden. Welche maximale Betriebskraft ist zulässig, wenn eine Schweißnahtdicke von a = 6 mm vorgesehen ist und die Schweißnaht im Lastfall H (Kranbau, Teile aus S235) belastet wird? Welche Spannung entsteht dadurch im Profilstab,
und ist diese Spannung zulässig (zul = 140 N/mm2)?

3. Eine Zugstange mit den Abmessungen h = 30 mm und b = 15 mm aus S355 wird mit einer umlaufenden Hohlkehlnaht an einen Gabelkopf geschweißt. Die Zugkraft F = 20 kN wirkt wechselnd. Die Bewertungsgruppe wurde mit BK festgelegt.
Welche Schweißnahtdicke a ist erforderlich?
Welche Schweißnahtdicke a ergäbe sich bei ruhender Belastung ebenfalls für die Bewertungsgruppe BK?

4. Eine Stahlscheibe aus S 235 ist auf dem Durchmesser d1 = 60 mm mit 10 Schweißpunkten (d = 5 mm) mit einer Nabe verbunden. Welche Leistung kann bei n1 = 425 min–1 im Lastfall HZ (Kranbau) übertragen werden, wenn die Art der Belastung als mittel anzusetzen ist? Wie viele Schweißpunkte sind notwendig, wenn bei gleicher Leistungsübertragung statt
S 235 nun S 355 im gleichen Lastfall verwendet werden soll?

5. Ein Rohr mit dem Durchmesser da = 30 mm wird in ein zweites Rohr mit dem Innendurchmesser di = 30 mm eingelötet. Es wirken im gleichen Belastungsfall ein Drehmoment T und eine Zugkraft F.
Welche Breite b muss die Lötfuge haben, wenn ein Kupferlot L - Ms60 verwendet wird? Das Drehmoment T = 1 850 Nm und die Zugkraft F = 25 000 N. Es soll mit einer dreifachen Sicherheit gegenüber der Bruchfestigkeit gerechnet werden.
Welche Breiten b ergeben sich, wenn in einem Fall nur die Zugkraft und im anderen Fall nur das Drehmoment wirkt?
Welche Breiten b wählen Sie jeweils?

6. Gestalten Sie eine Schweißverbindung (ohne Berechnung, ohne Maße) für folgende Aufgabenstellung (Stahlbau):
links: 1 x U 120 an rechts: 2 x 45 x 45 x 5 in Längsrichtung der Profile verschweißen! (In drei Ansichten ca. 1 DIN-A4-Seite, M = 1 : 1)
Die Zugkraft F wirkt ruhend in Längsrichtung der Profile! Die Nahtlängen müssen eindeutig zu erkennen sein! (Das Tabellenbuch Metall ist hilfreich!)

MUK04

1. Erklären Sie die Unterschiede zwischen Lösungsmittelklebstoffen und Reaktionsklebstoffen.

2. Abb. E.1 zeigt ein auf eine Welle aufgeklebtes Zahnrad. Die Verbindung soll bei einer Drehzahl von 240 min–1 eine Leistung von 8 kW übertragen.
Welche dynamische Bindefestigkeit dyn sch muss der Klebstoff haben, wenn die Sicherheit  = 1,8 sein soll?

3. An ein Rohrende da = 50 mm, Wandstärke 2 mm soll ein Flansch angeklebt werden. Der statisch belastete Kleber (B ≈ 20 N/mm2) soll mit zweifacher Sicherheit halten, wenn lü ≈ 10 · s ist. Welche Rohrkraft ist erlaubt
a) bezüglich der Klebestelle?
b) bezüglich des Rohres selbst, wenn es ein
Rm = 240 N/mm2 hat und zweifach sicher sein soll?

4. Die auf Seite 36, Abb. 6.2 dargestellte Nietverbindung soll eine Kraft F = 82 kN übertragen. Die Dicke der Stäbe beträgt s = 12 mm.
a) Welcher Rohnietdurchmesser d1 ist erforderlich?
b) Welche Breite b müssen die Stäbe erhalten?

5. Abb. E.3 zeigt eine Nietverbindung, bei der zwei Winkelprofilstäbe 40 x 5 DIN 1028 angenietet sind.
a) Welche Kraft F können die vier Niete übertragen, wenn die zulässige Abscherspannung 105 N/mm2 und der zulässige Lochleibungsdruck 180 N/mm2 betragen?
b) Welche Zugspannung tritt bei dieser Kraft in den beiden L-Stäben auf?
c) Bestimmen Sie die Maße e1, e2 und a.

6. Abb. E.4 zeigt eine biegeelastische Membrankupplung. Bei dieser soll die 0,3 mm dicke scheibenförmige Membran (1) aus Federstahl mit der starren Scheibe (2) aus St 37 durch 8 Halbrundniete nach DIN 660 (3) verbunden werden. Das zu übertragende Drehmoment T = 50 Nm tritt mit starken Stößen auf. Die Nietverbindung ist für regelmäßige Benutzung im Dauerbetrieb bei mittlerer Häufigkeit der Höchstlast auszulegen (einschließlich Rohnietlänge), die Pos. (4) ist 2 mm dick.

MUK05

1. Für die abgebildete Schraubenverbindung (Abb. Kl) zwischen einem zweiteiligen Hydraulikkolben aus E335 und einer Kolbenstange aus CK 35 V ist eine Zylinderschraube nach DIN 912-M16 x 70-10.9 vorgesehen.
Der Zylinder soll mit einem Öldruck von pe = 50 bar stündlich ca. 100 Arbeitstakte ausführen. Bei Entlastung der Verbindung durch die Betriebskraft FB soll die Restklemmkraft noch mindestens FKl = 15 kN betragen.
Die unbehandelte Zylinderschraube wird bei geöltem Gewinde mit Drehmomentschlüssel angezogen.
Überprüfen Sie die Verbindung.

2. Eine Welle aus E 295 soll über eine Kegelpressverbindung ein Drehmoment  T = 650 Nm auf eine Riemenscheibe übertragen.
Die erforderliche axiale Aufpresskraft Fa  45 kN soll über den Gewindezapfen der Welle mittels einer Sechskantmutter, DIN 439 (Feingewinde), nach Abb. D.2 aufgebracht werden. Das Gewinde ist unbehandelt und geölt. Die Mutter soll über Drehmomentschlüssel angezogen werden.
Ermitteln Sie eine passende Gewindegröße, die erforderliche Vorspannkraft (FVM) und das Anzugsmoment Ma (Mutter wird nach dem ersten Betrieb nachgezogen!)

3. Legen Sie für eine Handspindelpresse für einfache Werkstattarbeiten Spindel einschließlich Handknebel und Mutter für eine größte Betriebskraft F = 30 kN aus.
Der konstruktive Entwurf sieht nach Abb. D.3 vor:
– Spindel aus E295;
– größter Spindelhub l = 800 mm;
– Spindelanschluss am Stößel wälzgelagert;
– FH sinnvoll wählen, Knebel aus S235, lH und dH auslegen.

4. Konstruieren Sie die Deckelverschraubung Abb. D.4 so um, dass anstelle der Durchsteckschraubenverbindung eine Einsteckschraubenverbindung entsteht. (Ohne Berechnung, Darstellung etwa auf ein DIN-A4-Blatt quer).
Begründen Sie die Einzelheiten, die Sie geändert haben, berücksichtigen Sie dabei die unterschiedlichen Werkstoffe von Behälter, Deckel und Schrauben.
Es reicht eine große Darstellung der unten umkreisten Einzelheit.

5. In Abb. D.5 sehen Sie eine Deckelverschraubung mit Stiftschrauben. Nennen Sie mindestens fünf Nachteile, die Sie bei dieser Konstruktion vermuten.

MUK06

1. Ein Bolzengelenk (nach Abb. 1.4, Seite 7) soll durch eine stoßhaft auftretende Kraft F = 9 kN schwellend belastet werden. Der Stangenkopf wird aus S 235 und die Gabel aus EN-GJMB-350 (schwarzer Temperguss) gefertigt. Als Bolzen soll ein Zylinderstift E 295-h8 nach ISO 2338 verwendet werden, der in
der Bohrung des Stangenkopfes mit einer Presspassung sitzt. Im Betrieb führt der Bolzen keine Gleitbewegungen in der Gabelbohrung aus.
a) Ermitteln Sie die Hauptabmessungen des Gelenkes (d, l, s und D) durch eine Entwurfsberechnung, und geben Sie die Normbezeichnung für den Bolzen an.
b) Prüfen Sie das Gelenk auf Abscheren des Bolzens und auf Flächenpressung in der Gabelbohrung.
c) Wählen Sie die Toleranzfelder für die Gabel- und die Stangenbohrung.

2. Die Nabe eines Schalthebels aus Grauguss soll mit einer Welle aus E 295 mit dem Durchmesser dW = 22 mm durch einen Kegelkerbstift nach ISO 8744 als Querstift verbunden werden. (Abb. D.1). Am Ende des Hebels mit der Länge l1 = 50 mm ist zur Befestigung der Rückstellfeder ein Passkerbstift nach DIN 1469-C6x30-St (Kerbstift mit Hals und gerundeter Nut am Ende) eingesetzt, sodass die freie Stiftlänge l2 = 15 mm beträgt. Die größte Federkraft F = 300 N greift schwellend an. Der Nabendurchmesser betrage: D = 45 mm.
a) Wählen Sie einen zum Wellendurchmesser dW passenden Querstift aus, überprüfen Sie die Querstiftverbindung und geben Sie die Normbezeichnung des Kegelkerbstiftes an.
b) Überprüfen Sie die vorgesehene Steckstiftverbindung an der Rückholfeder und korrigieren Sie gegebenenfalls den Durchmesser des Passkerbstiftes (s = 12 mm).

3. Eine Seilrolle (vgl. Abb. 1.9, Seite 15) soll mittels Bolzen und Gleitlager einseitig an einen Flachstahl (t  Bolzendurchmesser/2) konstruiert werden. Entwerfen Sie eine Konstruktion auf einer DIN A4-Seite im Schnitt in Seitenansicht
(Maße beliebig, ohne Berechnung). Der Flachstahl soll rechts von der Seilrolle sein.
Achten Sie dabei auf Leichtgängigkeit der Rolle und auf Montagefreundlichkeit Ihrer Konstruktion. Fertigen Sie eine Stückliste an und benennen Sie alle Einzelteile auf einer weiteren DIN A4-Seite.

4. Bei der Strömungsdichtung einer Turbine kann die bisher vorhandene Spaltweite s = 0,15 mm auf s = 0,1 mm verkleinert werden. Alle anderen Einflussgrößen (p1, p2, dm:, h, l) bleiben unverändert. Um wie viel Prozent verändert sich die Leckmenge V? Begründen Sie Ihre Aussage mit einer Rechnung.

MUK07

1. Die in Abb. E.1 freigemachte Achse wird durch die Kräfte F1 = 2 kN, F2 = 3 kN und F3 = 2,5 kN belastet. l1 = 250 mm, l2 = 320 mm, l3 = 560 mm, l = 720 mm
Die Naben sind auf die Achse aufgeschrumpft, der Achsdurchmesser beträgt d = 50 mm.
a) Welche Biegespannungen treten bei dieser Achse auf?
b) An welcher Stelle tritt größte Spannung auf?

2. Eine Getriebewelle nach Abb. 5.1 hat einen Durchmesser d = 50 mm. Sie soll bei einer Drehzahl von 320 min-1 eine Leistung von 20 kW übertragen. F1 = 2,2 kN, F2 = 2,4 kN.
b zul = 86 N/mm²; t zul = 78 N/mm²
a) Welche Lagerkräfte FA und FB sind vorhanden und welche größte Spannung ist im Wellenquerschnitt vorhanden?
b) An welcher Stelle tritt diese Spannung auf?
c) Ist sie zulässig?
d) Wie groß ist der Verdrehwinkel ?
e) Fertigen Sie eine Werkstattzeichnung der Welle mit vollständiger Bemaßung einschließlich Passfedernuten und Lagersitze für Gleitlager (Maße dazu frei wählbar), wenn die Welle an den Nuten zwei Zahnräder mit Passfedern aufnehmen soll. (2 Ansichten)

3. Eine umlaufende Achse wird nach Abb. E.2 durch die Kräfte F1 = 2 kN und F2 = 3,2 kN belastet.
a) der erforderliche Achsendurchmesser D des ungeschwächten Querschnitts (b zul = 78 N/mm²)
b) der Zapfendurchmesser d des Lagerzapfens B (pzul = 5,6 N/mm²)
c) die Zapfenlänge l des Lagerzapfens B (pzul = 5,6 N/mm²), wenn l  1,5 d ist. Nachweis über Flächenpressung und Biegung

4. Eine runde Vollwelle nach Tab. 1.2 Belastungsfall 1 ist 1000 mm lang, mit F = 2000 N mittig belastet und hat einen Durchmesser d = 30 mm. Zu berechnen sind
a) fm (Tabelle 4.1)
b) nKb
c) Bewerten Sie beide Ergebnisse.

MUK08

1. Die abgebildete Kegelverbindung (Abb. D.1) zwischen einem Zahnrad aus Vergütungsstahl und dem Ende einer Getriebewelle aus E295, dem Durchmesser D1 = 60 mm und der Kegellänge l = 50 mm soll eine Leistung von P = 7,5 kW bei n = 80 min–1 übertragen.
Die dynamischen Betriebsverhältnisse sind mit dem Betriebsfaktor cB  1,2 zu berücksichtigen.

a) Ermitteln Sie die erforderliche Einpresskraft Fe, wenn  = 0,1.
b) Überprüfen Sie die Fugenpressung zwischen Welle und Nabe.

2.
Eine Keilriemenscheibe aus GJL 200 soll mit dem abgesetzten Wellenzapfen der Spindel (Zapfendurchmesser d = 80 mm, Spindelwerkstoff E335 einer Werkzeugmaschine durch Ringfeder-Spannelemente verbunden werden (Abb. D.2).
Die zu übertragende Leistung soll P = 30 kW bei der Drehzahl n = 100 min –1 betragen. Die zu erwartenden Betriebsverhältnisse sollen durch den Betriebsfaktor cB  1,2 berücksichtigt werden. Die Montage erfolgt in geöltem Zustand.

a) die erforderliche Anzahl n der Spannelemente;
b) die erforderliche axiale Spannkraft Fa für die Spannelemente, um eine sichere Drehmomentübertragung zu gewährleisten;
c) die erforderliche Montagevorspannkraft je Schraube FVM, wenn die Schrauben mit Drehmomentschlüssel angezogen werden und konstruktiv vier Spannschrauben am Zapfenende vorgesehen sind.

3. a)Zur Übertragung eines Nenndrehmomentes T  450 Nm wurde eine Scheibenkupplung aus GE 240 vorgesehen. Da mit mittlerer stoßartiger Belastung zu rechnen ist, soll überprüft werden, wie lang Passfedern sein sollten, damit das Drehmoment über Passfedern nach DIN 6885, Ausführung A, übertragen werden kann.
b) Für Welle und Bohrung sind geeignete ISO-Toleranzen anzugeben (Abb. D.3).
c) Überlegen Sie, wie ein axiales Verschieben der Kupplung zwischen den Wellenenden verhindert werden kann, und formulieren Sie einen Vorschlag mit Begründung; die Wellenenden haben weder Fluchtfehler noch Winkelfehler.

4.
In der Abb. D4 sehen Sie ein geradverzahntes Zahnrad, das mit einem Spannsatz auf der Welle befestigt ist. Anstelle der Geradverzahnung soll das Zahnrad schräg verzahnt werden.
Zeichnen Sie eine möglichst preiswerte geänderte Welle-Naben-Verbindung. (Es sind höhere Drehzahlen zu erwarten, die Zahnradbreite darf 90 mm an keiner Stelle überschreiten. Zeichnen Sie groß und genau und begründen Sie Ihre Änderungen.)

MUK09

1. Für eine Welle mit dem Lagerzapfendurchmesser d = 55
mm können aufgrund der betrieblichen Anforderungen Rillenkugellager und Zylinderrollenlager Bauart NU gewählt werden. Die radiale Lagerkraft beträgt Fr = 4,5 kN, die Drehzahl n = 600 min –1 .
Es soll eine Lebensdauer L h = 10 000 h erreicht werden.
Ermitteln Sie die beiden geeigneten Wälzlager mit den Hauptabmessungen.

2. Für eine Lagerung im Schnelllaufbereich mit der Drehzahl n =
ist ein handelsübliches Gleitlager zu bestimmen. Der Wellendurchmesser be trägt d = 40 mm. Die Lagerbelastung F = 900 N. Der p · v-Faktor = 1 darf nicht überschritten werden.
Zu bestimmen sind
a) die mittlere Flächenpressung p
b) die erforderliche Lagerbreite b in mm.

3. Erklären Sie mit je einem Beispiel (eine Zeichnung ohne Bemaßung) die Begriffe „Umfanglast“ und „Punktlast“.

4. Nennen Sie je zwei Vor- und Nachteile einer Labyrinthdichtung und eines Radialdichtrings für Lager.

5. Überprüfen Sie die in Abb. D.1 dargestellte Lagerung einer Kreiselpumpen welle.
Sind beide Lager fest oder lose oder welches Lager ist fest und welches Lager ist lose? Beschreiben Sie die Lager und deren Aufgaben.
Begründen Sie Ihre Antwort ausführlich. Geben Sie ein Urteil ab, ob die Lagerung einwandfrei ist.

MUK10

1. Ein einstufiges geradverzahntes Getriebe hat eine Übersetzung i = 3,15. Es wird über einen E-Motor mit 7,5 kW und 1500 min–1 angetrieben. Die Antriebswelle wurde aus konstruktiven Gründen mit d1 = 28 mm festgelegt.
Es ist zu berechnen:
a) Es sind die Abmessungen der beiden Zahnräder zu bestimmen.
b) Der Achsabstand ist festzulegen.
c) Eine Nachprüfung auf die Tragfähigkeit beider Zahnräder ist
durchzuführen.

2. Für eine Kunststoffschneckenpresse ist der Antrieb mit Schmalkeilriemen – einschließlich der Prüfdaten – auszulegen. Die Getriebedaten sind:
P1 = 20 kW,
i = 1,5,
n1 = 1450 min–1
A  900 mm (Achsabstand)
Die Einsatzdauer beträgt täglich über 16 Stunden.

3. In Abb. D.1 sehen Sie den Schnitt durch ein Getriebe.
Beantworten Sie ausführlich:
a) Wo sind Antrieb und Abtrieb?
b) Weshalb sind die rechten Wälzlager so aufwendig eingebaut?
c) Welche Aufgabe hat Teil I und Teil II?
d) Nennen Sie eine sinnvolle Bezeichnung für dieses Getriebe gemäß seiner Aufgabe.