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Entwicklung

Eine Anleitung zum Methodischen Konstruieren

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Anwendung der Methodik: Entwicklung eines Einhand-Türschließsystems an Sitzbadewannen

Wir wollen uns hier auf eine Auswahl von Anforderungen aus Sicht des Kunden beschränken. Selbstverständlich finden weitestgehend die Grundlagen der fertigungs- und montagegerechten Konstruktion Berücksichtigung ebenso wie die für Badewannen üblichen Beanspruchungen wie hohe Feuchtigkeit, Temperaturbeständigkeit, Beständigkeit gegen für Badewannen übliche Reinigungsmittel usw.

Anforderungen an das Produkt

Wie schon angedeutet, zielt dieses Produkt ganz besonders auf ältere Menschen und Menschen mit körperlichen Behinderungen ab. Diese Menschen verfügen über eine nur eingeschränkte Beweglichkeit und sind gegebenenfalls auf den Rollstuhl angewiesen. Gerade der Wunsch nach Sicherheit und Geborgenheit muss hier berücksichtigt werden. In der Regel profitieren übrigens auch in ihrer Beweglichkeit nicht eingeschränkte Menschen von solchen Produkten. Dieses Produkt soll den betroffenen Menschen die Möglichkeit geben, eigenständig und ohne fremde Hilfe ein entspannendes Bad in der Sitzbadewanne zu nehmen und Ihren ganzen Körper selbständig zu reinigen. Auch mag es sein, dass bestimmte Gliedmaßen für "Handhabungsaufgaben" wie Greifen und Bewegen nicht zur Verfügung stehen

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Hieraus ergeben sich die in Tabelle 4 gezeigten grundsätzlichen Anforderungen. Die Anforderungen sind hier nur nach Wunsch und Festforderung unterschieden. Nach diesen Anforderungen ist das Produkt zu gestalten. "Rollenspiele", eigene Tests und Kundenbefragungen (Social Media) ergaben weitere Anforderungen.

Tabelle 4: Anforderungen (Auszug) für die Tür der Wanne (links) und den Tür-Schließmechanismus (rechts) (Auszug).
Tabelle 4: Anforderungen (Auszug) für die Tür der Wanne (links) und den Tür-Schließmechanismus (rechts) (Auszug).
( Bild: Stefan Dietz )

Funktionsstrukturen mit Teilfunktionen

Um Funktionsstrukturen zu erarbeiten, wird mit Hilfe des Black-Box-Ansatzes das technische, zu lösende Problem abstrahiert. Hierdurch wird das Problem auf eine gedankliche Ebene gehoben, die es erlaubt ganz andere Lösungen zu finden, als die, die sich möglicherweise als erster Gedanke dem Konstrukteur aufgedrängt haben. Nicht immer muss diese Lösung die beste sein. Eine bewährte Methode notwendige Funktionen des Produktes zu bestimmen, ist die Tätigkeiten zusammenzutragen, die bei der Nutzung des Produktes erfolgen.

Mit "Nutzung des Produktes" ist allerdings nicht nur die durch den Endkunden zu verstehen, sondern auch die durch das Wartungspersonal, durch Transporteure, Reinigungskräfte und Anderen. Aus allen diesen Tätigkeiten lässt sich dann auf die notwendigen Funktionen schließen, die in dem Produkt realisiert werden müssen. In dieser Ausarbeitung liegt der Fokus ausschließlich auf den Endkunden.

Für den bewegungseingeschränkten Menschen, der noch ohne Rollstuhl auskommt, ergeben sich die Tätigkeiten aus Tabelle 5.

Tabelle 5: Liste der Tätigkeiten im Umgang mit Produkt zur Ableitung weiterer Anforderungen und Funktionen (Auszug)
Tabelle 5: Liste der Tätigkeiten im Umgang mit Produkt zur Ableitung weiterer Anforderungen und Funktionen (Auszug)
( Bild: Stefan Dietz )

Für den Vorgang des Türschließens ergibt sich die Funktionsstruktur nach Abbildung 4. Hier ist die Gesamtfunktion des Türschließmechanismus nochmal unterteilt in die Teilfunktionen "Griff bereit machen", "Griff-Bewegung", "Schließbewegung", "Kraftverstärkung", "Wegverstärkung" und so weiter. Die Funktionen sind hier benannt aus Sicht des Anwenders. Analoges ergibt sich für den Vorgang des Türöffnens.

Prinzipielle Lösungen zu den Teilfunktionen

Nach (Ehrlenspiel & Meerkamm, 2017) lässt sich jedes kleine Kästchen in Abbildung 4, also jede Teilfunktion weiter unterteilen bis sich eine prinzipielle Lösung für die jeweilige Teilfunktion finden lässt. Wir nennen diese prinzipielle Lösung Teillösung. Erfahrungsgemäß ist auch hier bei der Suche nach Teillösungen sinnvollerweise mit der "maßgebenden", maßgeblichen Teilfunktion zu beginnen. Die anderen Teilfunktionen ordnen sich der maßgeblichen Teilfunktion unter und werden anschließend ausgewählt. In unserem Beispiel ist die maßgebliche Teilfunktion die "Schließbewegung", d.h. die Bewegung, die die Tür in Kontakt mit der Dichtfläche an der Wanne bringt.

Abbildung 4: Funktionsstruktur des Teilprodukts Türschließmechanismus (Schließen) mit den Teilfunktionen, z.B." Griff-Bewegung"
Abbildung 4: Funktionsstruktur des Teilprodukts Türschließmechanismus (Schließen) mit den Teilfunktionen, z.B." Griff-Bewegung"
( Bild: Stefan Dietz )

Die Schließbewegung wird durch die Griffbewegung ausgelöst und muss nicht zwangsläufig mit ihr übereinstimmen. Insofern wird hier unterschieden. Außerdem unterscheiden wir auch zwischen dem "Grob-Abdichten" und dem "Fein-Abdichten". Beim "Grob-Abdichten" wird die Tür oder Tür-Teile vor den Wanneneingang gebracht. Der Durchfluss wird somit verringert. Beim "Fein-Abdichten" bringt das Pressen der Dichtung gegen die Dichtfläche der Wanne den Durchfluss zum Erliegen.

In der folgenden Tabelle 6 und Abbildung 5 sind die zu den Teilfunktionen erarbeiteten Teillösungen angedeutet.

Tabelle 7: Nutzwertanalyse zur Auswahl einer Gesamtlösung (Variante). Variante 7 erreicht den größten Nutzwert und enthält die ebenfalls blau gekennzeichneten Teillösungen laut Tabelle 6.
Tabelle 7: Nutzwertanalyse zur Auswahl einer Gesamtlösung (Variante). Variante 7 erreicht den größten Nutzwert und enthält die ebenfalls blau gekennzeichneten Teillösungen laut Tabelle 6.
( Bild: Stefan Dietz )

Kombinieren der Teillösungen zu einer Gesamtlösung

Eine Einzelbewertung jeder einzelnen Teillösung findet nicht statt. Es hat sich gezeigt, dass die Kombination gegebenenfalls "schlechter" Teillösungen mit anderen Teillösungen für andere Teilfunktionen doch noch sehr gute Gesamtlösungen ergeben können. Erst nach Kombination der Teillösungen zu einer der verschiedenen Gesamtlösungen (genannt Varianten) findet eine Bewertung statt. Die Kombination der Teillösungen zu den Gesamtlösungen erfolgt mit Hilfe des Morphologischen Kastens (Tabelle 6 und Abbildung 5). Hierbei wird für eine Teilfunktion (also je Zeile) jeweils nur eine Teillösung ausgewählt und durch einen farbigen Punkt gekennzeichnet. Alle gleichfarbigen Punkte sind dann über die gesamte Tabelle mit allen Teilfunktionen mit einer Linie der gleichen Farbe miteinander zu verbinden. Alle mit ein und derselben Farbe kennzeichneten Teillösungen ergeben dann zusammen eine Variante für einen Türschließmechanismus. Beispielhaft sind für der hier vorgenommenen Auswahl von Teillösungen 7 Varianten zusammengestellt worden.

Tabelle 7: Nutzwertanalyse zur Auswahl einer Gesamtlösung (Variante). Variante 7 erreicht den größten Nutzwert und enthält die ebenfalls blau gekennzeichneten Teillösungen laut Tabelle 6.
Tabelle 7: Nutzwertanalyse zur Auswahl einer Gesamtlösung (Variante). Variante 7 erreicht den größten Nutzwert und enthält die ebenfalls blau gekennzeichneten Teillösungen laut Tabelle 6.
( Bild: Stefan Dietz )

Vergleich der verschiedenen Gesamtlösungen

Mit einer Nutzwertanalyse kann nun ermittelt werden, welche dieser Varianten im Detail zu konstruieren ist. Die hier genutzten Bewertungskriterien sind ersichtlich in Tabelle 7 und sind aus den Anforderungen abgeleitet worden.

Sie berücksichtigen

  • die Kosten der Konstruktion (Einfachheit),
  • die Anwendung des Produktes und
  • die Umrüstbarkeit an die ggf. durch Krankheit verringerte Beweglichkeit z.B. mit Hilfe elektromotorischer Unterstützung)

Je Bewertungskriterium erhält jede Gesamtlösung einen Teilnutzwert als Produkt aus Erfüllungsgrad und Gewichtungsfaktor.

Die genutzten Bewertungskriterien finden sich in Tabelle 7. Bei mehreren gleichberechtigten Teammitgliedern bietet es sich an, sowohl die Gewichtung als auch den jeweiligen Erfüllungsgrad als Durschnittwert zu ermitteln.

Finaler Entwurf

Ein Entwurf für Variante 7 ist in Abbildung 6 gezeigt. Auf Grund patentrechtlicher Randbedingungen können derzeit hier keine weiteren Details veröffentlicht werden. Die Tür wird von außen in den Innenbereich hereingeschwenkt.

Abbildung 6: Variante 7 als Gesamtentwurf.
Abbildung 6: Variante 7 als Gesamtentwurf.
( Bild: Stefan Dietz )

Weitere Informationen unter: www.wunderbarweichewanne.de

* Dr.-Ing. Stefan Dietz, Dozent an verschiedenen deutschen und chinesischen Hochschulen Neunkirchen/Saar; Julie Zinni, Studentin der Kunststofftechnik am INSA de Strasbourg

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