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Inhalt Gruppe T10 | TeamTen

18.12.2018

Projektarbeit Kontextmodul 1

Gruppe T10

Bachmann Marcel

Bühlmann Pascal

Krummenacher Marcel

Lusser Michael

Ehemalig (Ausgeschieden am 09.10.2018)

Bieri Dominik

Fallstudie Velo Hochschule Luzern – Technik & Architektur

Horw, Hochschule Luzern – Technik & Architektur, 18.12.2018


18.12.2018 I

INHALT

Inhalt ...................................................................................................................................................... I

Abstract ................................................................................................................................................ III

1 Einleitung ...................................................................................................................................... 1

2 Theoretischer Hintergrund ............................................................................................................. 2

2.1 Trend - Gesunde Ernährung durch Obstsäfte .......................................................................... 2

2.2 Kettentrieb .............................................................................................................................. 3

2.3 Säurebeständige Metalle ......................................................................................................... 3

3 Vorgehen und eingesetzte Methoden ............................................................................................. 4

3.1 Black Box ............................................................................................................................... 5

3.2 Funktionsanalyse .................................................................................................................... 5

3.3 Benutzerszenario .................................................................................................................... 5

3.4 Anforderungskatalog .............................................................................................................. 6

3.5 Morphologischer Kasten ......................................................................................................... 6

3.6 Nutzwertanalyse mit Sensitivitätsanalyse ............................................................................... 7

3.7 Testverfahren Zur Verifizierung ............................................................................................. 7

3.8 Testverfahren zur Validierung ................................................................................................ 7

4 Ergebnisse ..................................................................................................................................... 8

4.1 Black Box ............................................................................................................................... 8

4.2 Funktionsanalyse .................................................................................................................... 9

4.3 Benutzerszenario .................................................................................................................... 9

4.4 Anforderungskatalog .............................................................................................................. 9

4.5 Morphologischer Kasten ....................................................................................................... 11

4.6 Nutzwertanalyse mit Sensitivitätsanalyse ............................................................................. 14

4.7 Konzeption ........................................................................................................................... 14

4.7.1 Gesamtkonzept ............................................................................................................. 14

4.7.2 Saftpresse...................................................................................................................... 15

4.7.3 Fahrrad ......................................................................................................................... 16

4.7.4 Antrieb .......................................................................................................................... 16

4.7.5 Auffangvorrichtung ...................................................................................................... 17

4.7.6 Ständer .......................................................................................................................... 17


18.12.2018 II

4.8 Testergebnisse der Verifizierung .......................................................................................... 17

4.8.1 Verifizierung Kosten .................................................................................................... 17

4.8.2 Verifizierung Gewicht .................................................................................................. 19

4.8.3 Verifizierung Zulässigkeit ............................................................................................ 20

4.9 Testergebnisse der Validierung ............................................................................................ 21

4.9.1 Design / Erscheinungsbild ............................................................................................ 22

4.9.2 Handling ....................................................................................................................... 22

4.9.3 Funktionalität ................................................................................................................ 23

4.9.4 Fazit zur Validierung .................................................................................................... 23

5 Schluss ......................................................................................................................................... 24

6 Verzeichnisse ............................................................................................................................... 25

6.1 Abbildungen ......................................................................................................................... 25

6.2 Tabellen ................................................................................................................................ 25

6.3 Abkürzungen ........................................................................................................................ 26

6.4 Glossar.................................................................................................................................. 26

6.5 Quellen ................................................................................................................................. 27

Redlichkeitserklärung........................................................................................................................... 29

Anhang ................................................................................................................................................. 30

Abstract Gruppe T10 | TeamTen

18.12.2018 III

ABSTRACT

Die vorliegende Fallstudie, die im Auftrag der Hochschule Luzern Technik & Architektur erarbeitet

wurde, befasst sich mit der Konzeptionierung eines neuartigen Fahrrads. Die Untersuchung hierbei

betrifft eine Erweiterung des Velos durch eine innovative Zusatzfunktion, wobei das Fahrrad weiterhin

für die Fortbewegung benutzt werden kann.

Eine Analyse des aktuellen Marktangebots führte zu einer Marktlücke, die mit der Kombination eines

Fahrrads und einer Saftpresse gedeckt werden kann.

Das Velo erlaubt es dem Benutzer auch unterwegs seinen Durst mit einem frischen Saft zu stillen und

Energie zu tanken.

Wie muss ein Fahrrad konzipiert sein, um die zusätzliche Funktion einer Saftpresse anzubieten?

Geprüft wurde, wie sich dieses Fahrrad unter der Berücksichtigung sämtlicher kundespezifischen

Bedürfnisse umsetzen lässt. Dazu konnten die Anforderungen mittels gezielter Analysemethoden

herauskristallisiert werden. Durch die Anwendung eines morphologischen Kastens wurden

verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten erarbeitet, die anschliessend durch eine Nutzwertanalyse mit

abschliessender Sensitivitätsanalyse auf eine einzige Variante eingeschränkt wurde.

Es zeigte sich, dass der potenzielle Käufer des Fahrrads eine ganze Reihe von Ansprüchen stellt,

welche es umzusetzen galt. Mittels der angewandten Methoden wurde die geeignetste

Umsetzungsmöglichkeit mit der kettenangetriebener Extruderpresse gefunden. Diese Zusatzfunktion

des Velos konnte nun konzeptioniert und anschliessend mittels Verifizierung durch das Projektteam

und durch die Validierung vom Kunden abgenommen werden.

Das Konzept der Kombination aus Fahrrad und Saftpresse ist somit ideal auf die eingangs

festgehaltenen Kundenbedürfnisse abgestimmt und füllt im Hinblick auf die Realisierung eine

Marktlücke, die bisher nur umständlich gedeckt werden konnte.

Einleitung Gruppe T10 | TeamTen

18.12.2018 1

1 EINLEITUNG

Im Rahmen des Kontextmoduls 1 der Hochschule Luzern, Technik & Architektur, wird die vorliegende

Arbeit von vier Studierenden in den Studienrichtungen Maschinen-, Elektro-, und Wirtschaftsingenieur

in einem interdisziplinären Projekt erarbeitet.

Dabei sollen sich die Studierenden primär Arbeitstechniken und Fertigkeiten des wissenschaftlichen

Vorgehens und Schreibens sowie des Projektmanagements aneignen. Es handelt sich dabei um

Kompetenzen, die von Ingenieuren tagtäglich benötigt werden. Das Vorgehen entspricht jenem im

Berufsleben, wo Teamarbeit und Eigenverantwortung, effizientes und effektives Arbeiten sowie der

regelmässige Dialog massgebend sind für den Erfolg. Es sind also keine Einzelkämpfer gefragt, sondern

Teamplayer.

Diese Arbeit basiert auf der Aufgabenstellung, ein Konzept zu entwerfen, das die

Nutzungsmöglichkeiten des Fahrrads, bei gleichzeitiger Beibehaltung der Grundfunktionen, erweitert.

Wer kennt es nicht, das gute alte Fahrrad. Es ist ein einfaches und preiswertes Fortbewegungsmittel, das

heute in den verschiedensten Ausführungen wie etwa mit Elektromotor, als Hightech Mountainbike oder

als zusammenklappbares Kompaktfahrrad mit vielen weiteren Extras angeboten wird. Diese Aufbauten

sind alle auf die verschiedenen Bedürfnisse des Endverbrauchers zugeschnitten.

Wer mit dem Fahrrad eine Tour macht, löscht gerne mal seinen Durst mit vermeintlich gesunden

Obstsäften, die er vorher eingekauft hat. Gewöhnlich werden die angebotenen Produkte aus Konzentraten

und sogar mit Zuckerzusatz hergestellt. Somit sind sie weder gesund noch frisch. Diesem Umstand soll

die vorliegende Arbeit Rechnung tragen, indem sie eine einfache Lösungsmöglichkeit anbietet, eine

Radtour mit einem gesunden und frischen Obstsaft zu versüssen.

Ziel ist es, ein Fahrrad zu entwickeln, welches zusätzlich zu seinen Standardfunktionen über eine

Vorrichtung verfügt, mit der man unterwegs frischen Saft pressen kann, ohne auf zusätzliche

Energiequellen angewiesen zu sein.

Im Anschluss an die Einleitung folgt der Hauptteil mit Ausführungen zur Erarbeitung der theoretischen

Grundlagen des Projekts. Im Methodenteil finden sich Erläuterungen über die einzelnen, zur

Durchführung des Projektes angewandten Methoden, gefolgt von den Ergebnissen aus der vorliegenden

Arbeit. Dabei werden unter anderem das Benutzerszenario, der Anforderungskatalog und der

morphologische Kasten sowie die Konzeption aufgenommen. Der nachfolgende Schlussteil fasst

schliesslich die wichtigsten Ergebnisse nochmals zusammen.

Die wichtigsten Quellen, welche zur Lösungsfindung beigezogen wurden, sind die Bücher «Fachkunde

Metall», «Projektmanagement» und «Konstruieren, Gestalten, Entwerfen».

Theoretischer Hintergrund Gruppe T10 | TeamTen

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2 THEORETISCHER HINTERGRUND

Im theoretischen Teil werden die Komponenten des Fahrrads und seiner Nebenfunktion erläutert. Der

Auftrag sah vor, ein Fahrrad mit mindestens einer zusätzlichen Nebenfunktion, selbst zu entwickeln.

Deswegen wird in diesem Abschnitt vertieft auf die Saftpresse, deren Mehrwert und ihren Antrieb

eingegangen. Um einen Einblick zu den einzelnen Komponenten, ihre Bedeutung und Funktion zu

gewähren, wurde zu den verschiedenen Themenbereichen einen kurzen Text verfasst. Dazu sind

folgende Punkte wie «Gesunde Ernährung durch Obstsäfte, Säurebeständige Materialien und

Kettentrieb» gewählt worden.

2.1 TREND - GESUNDE ERNÄHRUNG DURCH OBSTSÄFTE

In den Supermärkten sind die Regale voll mit Fruchtsäften. Momentan läuft der Trend hin zu gesunder

und umweltbewusster Ernährung. Wussten früher nur Wenige, was vegan überhaupt bedeutet, findet man

den Ausdruck heute in vielen Restaurants und Supermärkten. Doch sind die Supermarkt-Smoothies

wirklich gesund und mit selbst gepressten Säften zu vergleichen?

Experten raten zur Vorsicht vor dem Genuss von gekauften Smoothies. «Smoothies sind eine sinnvolle

Alternative, wenn gerade kein frisches Obst zur Verfügung steht. Sie sind aber keinesfalls als dauerhafter

Ersatz geeignet.», erklärt Antje Gahl von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE). (Apotheken

Umschau, 2016, S. 1)

2016 haben britische Wissenschaftler Smoothies aus dem Supermarkt auf Ihren Zuckergehalt getestet.

Die Ergebnisse sind besorgniserregend. Auf 100 Milliliter wurden durchschnittlich 13 Gramm gefunden.

Dies entspricht mehr Zucker als in Cola enthalten ist. (Apotheken Umschau, 2016, S. 1)

Smoothies sollten daher massvoll konsumiert werden und nicht als Ernährungsersatz dienen. Aber mit

Vorsicht genossen sind sie lecker und enthalten abgesehen vom Zucker auch viele wichtige Vitamine und

Nährstoffe.

Theoretischer Hintergrund Gruppe T10 | TeamTen

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2.2 KETTENTRIEB

Kettentriebe (siehe Abbildung 1) übertragen Drehkräfte mit einem festen Übersetzungsverhältnis. Mit

ihnen kann die Drehzahl zwischen den einzelnen Komponenten optimal eingestellt werden. Vorteile

eines Kettentriebs ist die schlupffreie Kraftübertragung. Das

bedeutet, dass die Kette auf dem treibenden Rad nicht

durchrutschen kann, wie bei einem Riementrieb. Weitere

Vorteile sind, dass die Lager nicht durch eine Vorspannung

zusätzlich belastet werden, grosse Achsabstände einfach und

kostengünstig realisierbar sind und die Drehrichtung erhalten

bleibt, nicht wie bei einem Zahnradgetriebe. Sie sind wenig

empfindlich gegen Verschmutzung und benötigen kaum

Wartung. (Dillinger, 2010, S. 412)

2.3 SÄUREBESTÄNDIGE METALLE

Mit Säurebeständigkeit wird die Eigenschaften eines festen Stoffes, wie zum Beispiel einem Metall,

gegen das Reagieren mit Säuren, auch bei hohen Temperaturen beschrieben. Die Metalle werden in zwei

Gruppen aufgeteilt. Die erste Gruppe sind die Edelmetalle. Sie sind auf Grund ihres atomaren Aufbaus

säurebeständig. Die zweite Gruppe bildet einen schützenden Überzug, meistens eine Oxidschicht,

welcher im Gegensatz zum reinen Material resistent gegen die Säure ist. Dies geschieht unter anderem

bei Aluminium, Chrom, Titan, Blei und vielen weiteren. Diese Stoffe werden nun bei der

Metallherstellung verwendet, um Stoffe, welche über eine geringe Säurebeständigkeit verfügen (z.B.

Stahl), resistenter gegen Säure zu machen. Gegen sehr starke Säuren sind jedoch die meisten Metalle

nicht beständig. (Baars, 2011, S. 248-257)

Abbildung 1: Kettentrieb

Vorgehen und eingesetzte Methoden Gruppe T10 | TeamTen

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3 VORGEHEN UND EINGESETZTE METHODEN

Das folgende Kapitel beschreibt alle Methoden, die zur Problemlösung sämtlicher Aufgaben des

vorliegenden Projekts eingesetzt wurden. Dabei steht die Auswahl und deren Begründung der jeweiligen

Methode im Mittelpunkt. Das gesamte Projektmanagement baut auf systematischer Methodik auf. Ohne

eine solche Vorgehensweise könnte ein Projekt nicht erfolgreich abgeschlossen werden und die

entstandenen Resultate wären weder nachvollziehbar noch sinnvoll strukturiert.

Zu Beginn des Projekts mit dem Auftrag, ein Fahrrad mit Zusatzfunktion zu konzeptionieren, stand die

Idee eines Velos mit integrierter und vom Bediener über die Pedale angetriebenen Saftpresse.

Um das Benutzerszenario und den Anforderungskatalog des Projekts auszuarbeiten, kam die Methode

des Brainstormings (siehe Anhang, Kapitel Brainstorming) zum Einsatz.

Aus dem Anforderungskatalog galt es danach mit dem morphologischen Kasten vier

Lösungsmöglichkeiten für ein Fahrrad mit der Zusatzfunktion einer Saftpresse auszuarbeiten. Die

einzelnen Teilfunktionen, welche im morphologischen Kasten aufgeführt sind, ermittelte man mithilfe

der Black Box- und Funktionsanalyse.

Zum direkten Vergleich aller vier Varianten wurden mittels Brainstorming die sieben wichtigsten

Bewertungskriterien analysiert. Durch Vergleichen der Kriterien wurde deren Gewichtung festgelegt und

begründet. Danach konnten die vier Lösungsmöglichkeiten in der Nutzwertanalyse miteinander

verglichen und ausgewertet werden.

Aufgrund der knappen Entscheidung wurde die gewonnene Variante mithilfe der Sensitivitätsanalyse auf

deren Plausibilität hin untersucht.

Zur Erstellung des Konzepts für das Mock-Up, wurde aufgrund bereits vorhandener Ressourcen nur eine

Variante erarbeitet. Sie besteht aus einem Modell mit einem Kinderfahrrad.

Zur Verifizierung werden 3 Kriterien aus dem Anforderungskatalog detailliert berechnet und die jeweils

notwendigen Abklärungen getroffen.

Für die Validierung wurden drei Anforderungen aus dem Anforderungskatalog gewählt, welche später

am Mock-Up getestet werden können. Mithilfe eines Bewertungsbogens werden die Anforderungen von

mehreren Testpersonen getestet und numerisch benotet.


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3.1 BLACK BOX

Die Black Box (siehe Abbildung 2) ist ein Mittel, um ein System auf abstrahiertem Niveau darzustellen.

(Lindemann, 2009, S. 251)

Dabei wird der Sachverhalt auf die wesentlichen Aspekte reduziert, die Detailinformationen ausgeblendet

und die Zusammenhänge des Systems mit seiner Umgebung dargestellt. Dazu schreibt man die

schlussendlich zu erfüllende Funktion in einen Kasten (Black Box) und notiert ausserhalb sämtliche

Eingangsinformationen (Input) und Ausgangsgrössen (Output). Durch die Betrachtung der Beziehungen

von Input und Output versucht man Schlüsse auf die undurchsichtige oder unsichtbare Regelung

innerhalb der Black Box zu ziehen. Somit ergeben sich neue Blickwinkel auf einen Sachverhalt und es

können Analogien zu anderen Systemen gebildet werden, welche bei einem höheren Abstraktionsgrad

eventuell nicht entdeckt würden. So wird die Lösungsfindung eines Problems am wenigsten

eingeschränkt. Die mit der Black Box Methode gefundenen Lösungen zur Erfüllung der Gesamtfunktion

fliessen schlussendlich zur Aufgliederung in Teilfunktionen in die Funktionsanalyse ein.

Abbildung 2: Black Box Darstellung

3.2 FUNKTIONSANALYSE

Mit der Funktionsanalyse wird die Gesamtfunktion eines Systems, zum Beispiel aus der Black Box, in

seine Teilfunktionen mit niedrigerer Komplexität aufgegliedert. Somit können die einzelnen Teilsysteme

voneinander abgegrenzt werden, was eine getrennte Bearbeitung durch spezialisierte

Entwicklungsgruppen zulässt. Die Aufgliederung ermöglicht zudem verschiedene Lösungen zu jeder

Teilfunktion und eine Zusammenstellung der Funktionen im Baukastensystem.

3.3 BENUTZERSZENARIO

Das Benutzerszenario oder auch Nutzerszenario soll kurz beschrieben, was die Anforderungen des

Benutzers an die Funktionen und den Aufbau des neuen Produktes sind. Hierzu soll geklärt werden,

welches Problem und welche Bedürfnisse mit dem Produkt befriedigt werden. Weiter wird kurz

geschildert, wie das Produkt vom Kunden genutzt wird.


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3.4 ANFORDERUNGSKATALOG

Da das Benutzerszenario für die Umsetzung eines Projektes noch zu ungenau ist, wird es mithilfe eines

Anforderungskatalogs spezifiziert. Hierzu werden verschiedene Kriterien, die das Endprodukt erfüllen

muss oder kann, in einer Tabelle aufgelistet.

Die Wichtigkeit der Kriterien wird mit M (Muss-Kriterium) und K (Kann-Kriterium) am Anfang des

Projektes definiert und nicht mehr verändert. Wichtig ist, dass die Muss-Kriterien klar messbar sind,

damit man immer überprüfen kann, ob das Projekt alle Kriterien erfüllt. Da Muss-Kriterien zwingend

erreicht werden müssen, können bei der Lösungsfindung jene Lösungen, welche eine M-Kriterium nicht

erfüllen direkt ausgeschlossen oder angepasst werden. Dies vereinfacht den ganzen Prozess der

Entwicklung und bietet allen beteiligten Personen während des Projekts einen guten Überblick über die

Anforderungen an das Produkt.

3.5 MORPHOLOGISCHER KASTEN

«Der Morphologische Kasten ist eine Technik, die zunächst ein Problem in seine elementaren

Bestandteile aufgliedert. Für jedes Problemelement werden Lösungsmöglichkeiten bzw. Ausprägungen

gesucht; in der Kombination der elementspezifischen Lösungsmöglichkeiten soll dann das

Gesamtproblem gelöst werden.» (Schawel, 2011, S. 132)

In der, durch den Glarner Astrophysiker F. Zwicky entwickelten Methode, werden die einzelnen

Parameter wie Funktionen, Materialien oder Eigenschaften in der vordersten Spalte eingetragen und

jegliche Lösungsideen auf horizontaler Linie aufgelistet (siehe Abbildung 3). Durch Verbinden von je

einer Lösungsmöglichkeit pro Teilproblem, entstehen zahlreiche unterschiedliche Gesamtlösungen.

Abbildung 3: Beispiel Morphologischer Kasten


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3.6 NUTZWERTANALYSE MIT SENSITIVITÄTSANALYSE

Um verschiedene Lösungsvarianten auf eine einzige zu reduzieren, bietet sich die Nutzwertanalyse an.

Bei dieser Methode liegt der Fokus auf der Entscheidungsfindung.

Beurteilungen und Entscheidungen sind subjektiv und werden oft durch unbewusste Vorgänge getroffen.

Hierbei helfen systematische Methoden eine systematische Auswertung zu generieren, die auch für

Aussenstehende nachvollziehbar ist.

Gemäss (Prof. Dr. Kühnapfel, 2014, S. 2f) sollte eine Nutzwertanalyse immer dann eingesetzt werden,

wenn am Entscheidungsprozess mehrere Personen involviert sind, welche unterschiedliche

Vorerfahrungen und Meinungen mitbringen und die Entscheidungsfindung dokumentiert werden soll.

In der Nutzwertanalyse werden Zielkriterien bestimmt, welche mit einem Gewichtungsfaktor auf die

Varianten angewendet werden. So entstehen für die Alternativen eine Summe, welche den Nutzwert

repräsentiert. Die grösste Summe bildet sich so bei der geeignetsten Variante ab, wobei diese trotzdem

mittels einer Sensitivitätsanalyse kritisch hinterfragt werden sollte.

Die Methode der Sensitivitätsanalyse überprüft die Stabilität, der aus der Nutzwertanalyse gefundenen

Gesamtlösung. Hierbei werden bei Gewichtungen und Bewertungssummen, bei denen unterschiedliche

Auffassungen innerhalb des Projektteams vorliegen, variiert. Die Sensitivitätsanalyse zeigt so auf, wie

stabil die ausgewählte Variante auf der ersten Position in der Präferenzordnung bleibt.

Falls das Ergebnis aus der Nutzwertanalyse trotz grossen Veränderungen der Gewichtungspunkte die

grösste Summe vorweisen kann, ist die Lösung stabil.

3.7 TESTVERFAHREN ZUR VERIFIZIERUNG

Um die Spezifikationen vom Projektergebnis mit dem Anforderungskatalog abzugleichen, werden

einzelne Muss-Kriterien aus dem Anforderungskatalog überprüft (verifiziert). Dies geschieht durch den

Hersteller, respektive durch das Projektteam.

3.8 TESTVERFAHREN ZUR VALIDIERUNG

Die Überprüfung der Produktanforderungen durch den Nutzer heisst Validierung. Dazu benutzt der

Anwender das Produkt, oder führt vom Hersteller vorbereitete Tests durch. Zusätzliche Fragebogen

bieten die Möglichkeit, mit skalierten Bewertungsfragen an weitere Quantitative und mit offenen Fragen

an qualitative Werte zu gelangen. Dabei ist zu beachten, dass die Resultate erst bei grösseren

Teilnehmerzahlen aussagekräftig sind. Danach wertet das Projektteam die erhaltenen Ergebnisse aus. Die

vom Nutzer kritisierten Punkte gilt es im Anschluss zu verbessern.

Ergebnisse Gruppe T10 | TeamTen

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4 ERGEBNISSE

Im folgenden Kapitel werden, die mit den im vorgängigen Kapitel erklärten Methoden gefundenen

Lösungen zur Fallstudie festgehalten. Die Reihenfolge ist dabei - analog zum vorhergehenden Teil - so,

wie die Entwicklung des Produkts stattgefunden hat.

Begonnen wird mit dem Benutzerszenario und dem Anforderungskatalog, welche die Anforderungen an

das Produkt aus der Sicht des Kunden und des Entwicklers festhalten. Danach kommt das Erarbeiten der

finalen Produktvariante und deren Struktur sowie die Konzeptionierung. Abschliessend folgen die

Validierung und Verifizierung.

4.1 BLACK BOX

Damit bei der Problemlösung möglichst systematisch vorgegangen werden kann, muss zunächst die

äussere Struktur des Projektes betrachtet werden. Das Ziel ist es, mit einer bis hierher noch nicht

definierten Funktion, aus Früchten, Muskelkraft und der Information, welcher Gang eingelegt ist,

Fruchtsaft herzustellen oder das Fahrrad vorwärts zu bewegen. Die Schlüsselfunktion wird dabei nicht

betrachtet und in die Black Box gepackt (siehe Abbildung 4).

Abbildung 4: Ergebnis Black Box

Da nun die äussere Struktur klar gegliedert ist, kann die Aufmerksamkeit nun dem Inhalt der Black Box

und somit der Funktion des Fahrrades mit Saftpresse gewidmet werden. Wie muss es im «Innern»

ablaufen, damit mit den Inputs die gewünschten Outputs erzielt werden?

INP

UT

(Früchte)

Muskelkraft

Gangwahl

BLA

CK

-BO

X

Saftsack T10

Fahrrad mit Saftpresse

OU

TP

UT

Fruchtsaft

Fahrt


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4.2 FUNKTIONSANALYSE

Mit der Funktionsanalyse wird der Inhalt der Black Box erörtert. So wird die Gesamtfunktion des Velos

mit Saftpresse in möglichst einfach zu lösende Teilfunktionen (siehe Abbildung 5) aufgegliedert.

Information Früchte

BLACK-

Gangwahl BOX aufbereiten

Muskelkraft Saft

pressen

Ständer

ausklappen

Presse

befüllen

Pressvorgang

Fahrt Fruchtsaft

Abbildung 5: Ergebnis Funktionsanalyse

Die Funktionsanalyse zeigt nun den ganzen Ablauf sowie die möglichen Funktionen methodisch auf.

Auch ersichtlich werden so Teilabläufe, wie zum Beispiel der Pressvorgang, der durch verschiedene

Varianten umgesetzt werden kann.

4.3 BENUTZERSZENARIO

Aus dem Benutzerszenario ging hervor, dass die Nachfrage nach einem Fahrrad mit einer

Zusatzfunktion, die das Pressen frischer Früchte ermöglicht, sehr gross ist. Viele trinken auf Radtouren

gerne frische Säfte, aber nicht die gekauften Getränke, die mit Zuckerzusätzen und künstlichen

Süssungsmittel versehen sind. Wichtig ist ebenfalls, dass das Pressen nicht ortsgebunden ist und dass das

Fahrrad noch als solches genutzt werden kann.

4.4 ANFORDERUNGSKATALOG

Beim Anforderungskatalog wurden die vom Kunden geforderten Anforderungen an das Endprodukt

zusammengetragen. Beim Projekt des Fahrrads mit Saftpresse sind dreizehn funktionale Anforderungen

und neun nichtfunktionale Anforderungen hervorgegangen. Diese wurden nach «Muss» oder «Kann»

unterteilt.


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Ein Ausschnitt dieses Kataloges ist in Tabelle 1 ersichtlich. Der vollständige Katalog ist im Anhang unter

«Anforderungskatalog» zu finden.

Funktionale Anforderungen

M/K Thema/Frage Beispiel

M Hauptfunktion Wie ist die

hauptsächliche

Verwendung des Produktes aus

Anwendersicht?

- Der SaftSack T10 erfüllt die Funktion eines Fahrrades weiterhin.

- Mit Hilfe der Pedale wird eine Saftpresse angetrieben.

M Hauptfunktion Wie lange dauert es um

einen Saft (2 dl) zu pressen?

- Innerhalb von drei Minuten soll bei vollgefülltem Fruchtbehälter 2 dl Saft erzeugt werden können.

M Nebenfunkton - Das Fahrrad hat ausklappbare Stützen für einen stabilen Stand.

M Startvorgang Wie wird die Saftpresse

in Gang gesetzt?

- Wenn das Fahrrad auf den Ständer gestellt wird, kann der Nebenantrieb für die Saftpresse eingeschaltet werden. Durch normales Treten in die Pedale wird der Pressmechanismus

angetrieben.

M Voraussetzung Was muss erfüllt sein,

damit das Produkt

funktionsfähig ist?

- Das zu pressende Obst muss zur Saftpressung geeignet sein und/oder vorbereitet werden. Kernobst muss daher für die optimale Nutzung vorgängig

entsteint werden.

- Fester Untergrund mit einer Neigung von < 7%

M Gewicht Wie viel beträgt das

Maximalgewicht des

Fahrrads?

- Das Fahrrad darf mit leerer Saftpresse das Maximalgewicht von 25 kg nicht überschreiten.

M Grösse Welche Dimensionen soll die Einlassöffnung

der Fruchtpresse

aufweisen?

- Die Einlassöffnung muss mindestens einen Durchmesser von 7 cm aufweisen. (ca.

Durchmesser eines Tennisballs)

Nichtfunktionale Anforderungen

M Bedienbarkeit Einfaches Handling - Die Saftpresse muss von oben befüllt werden können.

- Die Inbetriebnahme der Saftpresse darf für den ungeübten Benutzer nicht länger als 5

Minuten dauern.

M Kosten Was darf das Produkt kosten? - Das Fahrrad darf den Käufer maximal 2500 CHF kosten

M Gesetzliche

Normen

Strassenverkehrsordnung - Das Fahrrad soll im Strassenverkehr ohne spezielle Auflagen bewegt werden können.

M Sicherheit Besondere

Sicherheitsmassnahmen - Sämtliche nicht fahrradtypischen bewegten Elemente

sollen so abgedeckt sein, dass man sich nicht verletzen kann und keine

Kleidungsstücke eingezogen werden.

Tabelle 1: Ergebnis Anforderungskatalog


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4.5 MORPHOLOGISCHER KASTEN

Um für die Umsetzung des Projektes die optimale Lösungsmöglichkeit zu finden, musste vorerst nach

den richtigen Ideen gesucht werden. Problemzonen aus der Funktionsanalyse sowie durch Brainstorming

zusammengetragene Probleme und deren möglichen Lösungen, sind hierbei in einen morphologischen

Kasten übertragen worden. Daraus ergaben sich vier Lösungsvarianten (siehe Tabelle 2).

Tabelle 2: Ergebnis Morphologischer Kasten


18.12.2018 12

Mit den vier gewählten Lösungsmöglichkeiten wurden nicht alle möglichen Lösungen aus dem

morphologischen Kasten berücksichtigt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass einige Möglichkeiten

schlicht nicht brauchbar geworden wären und andere nicht mit den Anforderungen aus dem

Anforderungskatalog vereinbar sind.

So würde zum Beispiel ein Fahrradrahmen aus Carbon einiges an Gewichtsersparnis mit sich bringen;

die Kosten der Gesamtkonstruktion würden jedoch unnötig ansteigen. Zudem erfordern einige

Lösungsmöglichkeiten einen erheblichen Umbauaufwand eines Standardfahrrads, damit der Antrieb

realisiert werden könnte. Dies würde einerseits zu erheblichen Konstruktionskosten und anderseits dazu

führen, dass das Kann-Kriterium «Damit das Fahrrad auch für längere Touren genutzt werden kann,

muss die Saftpresse demontiert werden können.» Nicht erreicht werden kann.

Aus diesen Gründen wurden einige Möglichkeiten bereits im Vorfeld ausgeschlossen, sind jedoch der

Vollständigkeit halber im morphologischen Kasten vermerkt.


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Um sich nun die vier gewählten Varianten besser vorstellen zu können, ist zu jeder eine mögliche

Umsetzung mittels Skizze in Abbildung 6-9 ersichtlich. Die Vollständige Beschreibung, sowie Vor- und

Nachteile der Lösungsvarianten sind im Anhang, Kapitel «Varianten des morphologischen Kasten»

ersichtlich.

Variante Schwarz Variante Grün

Variante Blau Variante Rot

Abbildung 6: Variante Schwarz Abbildung 7: Variante Grün

Abbildung 8: Variante Blau Abbildung 9: Variante Rot


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4.6 NUTZWERTANALYSE MIT SENSITIVITÄTSANALYSE

Damit aus den verschiedenen Lösungsmöglichkeiten die geeignetste für dieses Projekt gefunden werden

kann, wurde hierbei eine Nutzwertanalyse (siehe Kapitel 3.6) vollzogen, in welcher die wichtigsten

Kriterien mit unterschiedlicher Gewichtung zu einem Ergebnis führen.

Die Lösungsvariante für das Projekt «SaftSack T10» trifft, wenn auch knapp, auf die Variante «Blau» zu

(Siehe Tabelle im Anhang, Kapitel Nutzwertanalyse).

Da jedoch die Nutzwertanalyse von unterschiedlichen Personen auch unterschiedlich gewichtet wird,

kam die Sensitivitätsanalyse zum Zug. Doch auch nach Veränderung der Gewichtung und der Bewertung

bei kritischen Punkten, trat die Variante «Blau» als die geeignetste hervor.

Die vollständige Analyse ist im Anhang, Kapitel «Nutzwertanalyse» zu finden.

4.7 KONZEPTION

Im folgenden Kapitel sind auf der Basis der bisherigen Ergebnisse, die einzelnen Komponenten und

Bauelemente, die für die Umsetzung des Projekts verwendet werden, genau beschrieben.

4.7.1 GESAMTKONZEPT

Um die Funktion und Anwendung der einzelnen Komponenten genau zu verstehen, sind diese in

Abbildung 10 zusammengetragen. Dies dient dem besseren Verständnis und zur Übersichtlichkeit.

Abbildung 10: Fahrrad Gesamtkonzept


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4.7.2 SAFTPRESSE

Für die Saftgewinnung wird eine Extruderpresse verwendet. Sie ist aus rostfreiem Stahl, da mit ihr

Lebensmittel verarbeitet werden, die auch einen erheblichen Säuregehalt aufweisen können. Die Presse

ist sehr stabil und robust. Mit ihr können sowohl harte, als auch weiche Früchte gepresst werden. Ein

weiterer Vorteil ist die hohe Saftausbeute und die einfache Reinigung nach dem Gebrauch. Die, in

Abbildung 11 ersichtliche Presse (Manueller Entsafter BL-30) von vitality4life wird für die Umsetzung

verwendet. Die Saftpresse kostet 180 CHF, hat ein Gewicht von 2.7 kg, ist 29 cm hoch, 20 cm lang und

weist eine Breite von 9 cm aus. Damit die Presse einsatzbereit an das Fahrrad montiert werden kann, sind

einige Anpassungen notwendig.

Dazu wird eine Zusammenarbeit mit dem Hersteller angestrebt, welcher die modifizierte Presse für das

Fahrrad herstellen soll. Es wird keine Tischhalterung benötigt, deshalb soll diese auf der Höhe der

Standfüsse abgetrennt werden. Die Presse soll auf einer Grundplatte aus rostfreiem Stahl fixiert werden.

Anstelle des Hebels für den manuellen Gebrauch wird ein Zahnrad verwendet, um die Spindel

anzutreiben. Die Kraftübertragung erfolgt formschlüssig über ein Vierkant an der Spindel. Das Zahnrad

wird gegen allfälliges Verschieben mit einer Stiftschraube gesichert.

Zusätzlich soll der Einfülltrichter mit einem grösseren, rostfreien Blechtrichter erweitert werden. Dies

ermöglicht das mühelose Befüllen der Presse. Aus Sicherheitsgründen wird die Öffnung mit einem

Deckel verschlossen, damit beim Pressvorgang keine Fremdkörper oder Kleidungsteile in die Presse

gelangen. Der Deckel wird mit einem gefederten Scharnier am Einfülltrichter befestigt. So schliesst er

sich immer von selbst. Die vom Hersteller vitality4life modifizierte Presse wird schliesslich am

Gepäckträger des Fahrrads befestigt, indem der Gepäckträger zwischen der Grundplatte der Presse und

einer weiteren rostfreien Platte eingeklemmt und mittels Senkschrauben fixiert wird.

Abbildung 11: Manueller Entsafter BL-30


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4.7.3 FAHRRAD

Für das Saftvelo wird ein leichtes Aluminiumfahrrad mit einem stabilen, fest installierten Gepäckträger

verwendet. Das Fahrrad kostet 1200 CHF, wiegt ca. 15 kg und wird von der Firma Bikester bezogen.

(Cube Kathmandu Pro Iridium'n'Black, 2019)

Das Fahrrad erfüllt damit genau die Anforderungen aus dem morphologischen Kasten und es bleibt

kostenmässig auch im Rahmen des Anforderungskatalogs.

4.7.4 ANTRIEB

Angetrieben wird die Saftpresse durch die Pedale des Fahrrads. Die Pedale treiben im normalen

Fahrbetrieb über eine Fahrradkette das Hinterrad an. Die Saftpresse wird jedoch im normalen Fahrbetrieb

nicht verwendet, um unnötigen Verschleiss der

Presse zu vermeiden. Um nun die Presse zu

betreiben, wird in der hinteren Gangschaltung in

den zweitobersten Gang geschaltet. Vom obersten

Zahnrad führt ebenfalls eine Fahrradkette nach oben

zur Saftpresse. Diese obersten zwei Zahnräder der

hinteren Gangschaltung sind nicht mit den anderen

Zahnrädern des Zahnkranzes verbunden. Sie

besitzen ein eigenes Lager und sind miteinander

verbunden. Das heisst, sobald man in den

zweitobersten Gang schaltet, wird das Hinterrad

nicht mehr angetrieben, sondern nur die Saftpresse.

Die Kette wird im oberen Bereich zum Schutz des

Betreibers mit einem Plastikschutz abgedeckt.

Fixiert wird dieser an den Befestigungsstreben des

Gepäckträgers. Um 2 dl Saft in maximal 3 Minuten

pressen zu können, muss man ungefähr mit 70

Umdrehungen pro Minute in die Pedale treten, was

einer zügigen Velofahrt entspricht. Dieser Wert

wurde mit Hilfe einer baugleichen Presse, welche

von Hand betrieben ist, ermittelt. Die Ausbeute

kann je nach Härte- und Feuchtigkeitsgehalt der zu

entsaftenden Früchte und/oder Gemüse leicht

variieren.

Abbildung 12: Konzept Zahnradantrieb


18.12.2018 17

4.7.5 AUFFANGVORRICHTUNG

Um den frisch gepressten Saft aufzufangen, wird dieser von der Presse über einen Schlauch zur

Getränkeflasche geleitet, welche oberhalb der Pedale in der dafür vorgesehenen Vorrichtung verstaut

ist. Zu diesem Zweck wird ein Trichter unter den drei Öffnungen der Saftpresse mit einem Gummizug

montiert. Dieser leitet nun über den am Rahmen montierten Kunststoffschlauch den Saft in die

Trinkflasche.

4.7.6 STÄNDER

Der Ständer wird ähnlich wie beim Original, jedoch beidseitig an der unteren Strebe der Schwinge

angeschraubt. Die beiden Ständer links und rechts müssen separat abgeklappt werden und sind

federbelastet in der unteren und in der oberen Stellung arretiert. Zusätzlich können die abgeklappten

Ständer durch einen Splint gesichert werden, um ein ungewolltes Hochklappen beim Pressbetrieb zu

verhindern. Die Montageelemente und die Ständer werden aus Aluminium gefertigt. Die Ständer sind

so lange, dass das 28 Zoll Laufrad des Fahrrads bei abgeklappten Ständern mindestens 5 cm

angehoben wird.

4.8 TESTERGEBNISSE DER VERIFIZIERUNG

Damit der Saftsack T10 auch die Kriterien des Anforderungskatalogs erfüllt, müssen diese überprüft

werden. Die Verifizierung fand bei den folgenden drei Spezifikation statt:

• Kosten

Liegen die Kosten des Produktes im Rahmen der 2'500 CHF des Anforderungskatalogs?

• Gesamtgewicht

Befindet sich das Gewicht des Fahrrads im zulässigen Bereich des Anforderungskatalogs?

• Strassenverkehrsgesetze

Ist das Fahrrad laut Strassenverkehrsgesetz zulässig für den öffentlichen Strassenverkehr?

4.8.1 VERIFIZIERUNG KOSTEN

Die folgende Tabelle zeigt eine Übersicht der benötigten Komponenten sowie ihre unverhandelten

Anschaffungskosten. Alle zur Umsetzung verwendeten Teile werden von externen Lieferanten

bezogen. Ebenfalls sind die ungefähren Kosten für die Endmontage der Komponenten, welche

prozentual basierend auf einer geschätzten Verkaufsstückzahl von 10'000 Safträdern kalkuliert wurden

(siehe Tabelle 3). Mögliche, auf Verhandlungsbasis erzielbare Mengenrabatte sind hier noch nicht

berücksichtigt. Es ist davon auszugehen, dass bei wachsender Produktionsstückzahl der Verkaufspreis


18.12.2018 18

der Fahrräder gesenkt werden könnte, weil durch die höheren Stückzahlen auch die Ankaufspreise

sowohl für die Fahrräder als auch die zu verbauenden Komponenten optimiert werden könnten.

Komponenten, Arbeit und Entwicklung Menge Einheit Kosten [CHF]

Fahrrad 1 Stk. 1'200.00

Saftpresse 1 Stk. 180.00

Fahrradkette 1 Stk. 15.00

Zahnritzel für Saftpresse mit Anpassung 1 Stk. 22.00

Anpassung Kassette mit Lagerung 1 Stk. 100.00

Senkschraube M6x20 nach DIN 7991 (ISO 10642) 4 Stk. 2.40

Grundplatte (zur Befestigung der Saftpresse) 1 Stk. 80.00

Kettenschutz 1 Stk. 60.00

Kunststoffschlauch 1 Meter 18.40

Ständer (linke & rechte Ausführung) 2 Stk. 200.00

Endmontage aller Komponenten 1 120.00

Gesamtkosten 1997.80

Tabelle 3: Kostenberechnung des SaftSack T10

Fazit Kosten

Die Gesamtkosten für ein Saftfahrrad betragen rund 2’000 Franken. Im Anforderungskatalog wurde

ein Verkaufspreis von maximal 2’500 Franken vorgegeben. Werden die Aufwendungen für

Vermarktung und Werbung sowie den Handel ausser Acht gelassen, wird beim Verkauf ein

Bruttogewinn von 500 Franken beziehungsweise 25% pro Fahrrad erzielt. Da die erzielte Produktions-

und Verkaufsstückzahl die Ankaufspreise massgeblich beeinflusst, ist die Vermarktung und Werbung

in zielgruppengerechten Kanälen wie zum Beispiel in Sportfachgeschäften von hoher Bedeutung für

den Erfolg des Projektes. Somit sind weitere 10% für Vermarktung und Werbung in der Kalkulation

zu berücksichtigen, was einem Endgewinn von 15% entspricht.


18.12.2018 19

4.8.2 VERIFIZIERUNG GEWICHT

Das fertige Fahrrad mit Saftpresse besteht grob eingeteilt aus drei Einheiten:

1. dem Fahrrad, welches als Ganzes eingekauft und danach angepasst wird,

2. der Saftpresse, welche gemäss Vorgaben von einem externen Hersteller gefertigt wird und

3. der Antriebs- und Montageeinheit, welche die beiden erstgenannten Elemente miteinander

verbindet und selbst hergestellt wird.

Dem Anforderungskatalog ist zu entnehmen, dass das komplette Fahrrad ein Gesamtgewicht von 25

kg nicht überschreiten darf.

In der untenstehenden Tabelle (siehe Tabelle 4) sind die Gewichte der einzelnen Bauteile

aufsummiert. In der ersten Spalte ist zusätzlich in Klammern das jeweils verwendete Material

angegeben. Die Daten der eingekauften Teile sind Herstellerangaben gemäss cube.eu (2018, S. 1). Die

anderen Teile wurden überschlagsmässig berechnet.

Benennung/Info Menge Einheit Einzelgewicht [kg] Gesamtgewicht [kg]

Fahrrad (Alu) 1 Stk. 15.1 15.1

Saftpresse (VA) 1 Stk. 2.7 2.7

Erweiterungstrichter (VA) 1 Stk. 0.4 0.4

Sammeltrichter (VA) 1 Stk. 0.3 0.3

Kunststoffschlauch 1 Meter 0.05 0.05

Flaschenhalter (Alu) 1 Stk. 0.07 0.07

Flasche (PE) 1 Stk. 0.1 0.1

Antriebskette (Stahl) 1.2 Meter 0.3 0.6

Antriebsritzel (Stahl) 1 Stk. 0.08 0.08

Umbau der Ritzelkassette 1 Stk. 0.1 0.1

Kettenschutz (PP) 1 Stk. 0.2 0.2

Montagematerial,

Grundplatte

3 Stk. 0.1 0.3

Ständer (Alu) 2 Stk. 0.3 0.6

Montageelement Alu) 2 Stk. 0.3 0.6

Gesamtgewicht 20.9

Tabelle 4: Gewichtsberechnung des SaftSack T10

Fazit Gewicht

Das errechnete Gesamtgewicht des einsatzbereiten Fahrrads inklusive Saftpresse beträgt

20.9 kg. Somit wurde die Vorgabe von 25 kg aus dem Anforderungskatalog unterschritten und das

Kriterium erfüllt.


18.12.2018 20

4.8.3 VERIFIZIERUNG ZULÄSSIGKEIT

Um die Zulässigkeit des Fahrrads für den öffentlichen Strassenverkehr zu überprüfen, sind die

entsprechenden schweizerischen Gesetze zu beachten.

Die Verordnung über die technischen Anforderungen an Strassenfahrzeuge (VTS) regeln die

Bestimmungen über Fahrräder in Artikel 213 – 218, wobei Art. 218 im Jahre 2017 aufgelöst wurde.

Schrittweise werden nun die Gesetzmässigkeiten am Fahrrad überprüft.

• Art. 213 des VTS (2018, S. 139f) – Allgemeines, Abmessungen, Kennzeichnungen

Gemäss Ziffer I dieses Artikels dürfen Fahrräder höchstens 1,00 m breit sein.

Der Aufbau der Saftpresse und der Lenker sind die breitesten Stellen des Velos.

✓ Gemäss Herstellerangaben ist die Breite des Standardlenkers CUBE Rise Trail Bar:

0,68 m.

✓ Die montierte Saftpresse weist eine Breite von 0,2 m auf.

• Art. 214 des VTS (2018, S. 140) – Räder, Bremsen

✓ Anforderungen an die Bremsen werden durch die Standardbremsanlage «Shimano

BR-MT200, Hydr. Disc Brake» bei Auslieferung erfüllt, da keine Änderungen an

diesen vorgenommen werden.

✓ Die zugehörigen Reifen «Schwalbe Spicer, Active, 40x622» sind bei Auslieferung

zulässig, da keine Änderungen an diesen vorgenommen werden.

• Art. 215 des VTS (2018, S. 140f) – Rahmen, Aufschriften, Plätze

✓ Rahmen, Lenkstange, Gabeln und Räder sind beim Saftsack T10 unverändert und sind

somit gemäss Hersteller des Fahrrades zulässig.

• Art. 216 des VTS (2018, S. 141) – Beleuchtung

✓ Da keine Änderungen an der Beleuchtung vorgenommen wird, ist diese mit dem

Standardscheinwerfer «Axa Compactline 35, Steady Switch AC» für den

Strassenverkehr zulässig.

• Art. 217 des VTS (2018, S. 141f) – Rückstrahler

✓ Das vom Lieferanten montierte Rücklicht «Herrmans H-Trace» erfüllt gemäss

Hersteller sämtliche Anforderungen.


18.12.2018 21

Fazit Zuverlässigkeit

Wie in der Auflistung ersichtlich, wird das Fahrrad für den schweizerischen Strassenverkehr

zugelassen. Da am allgemeinen Aufbau des Fahrrads nur minimale bis gar keine Eingriffe stattfinden,

sind diese schon bei Bezug des Velos gesetzeskonform. Der einzig kritische Artikel beim Aufbau der

Presse ist Artikel 213 des VTS, denn darin wird die maximale Breite definiert. Da jedoch die

Saftpresse in sehr kompakter Form montiert wird, bleibt der SaftSack T10 weit unter den

Höchstwerten.

4.9 TESTERGEBNISSE DER VALIDIERUNG

Folgende Punkte werden von einem Bewertungsteam mittels einer Anleitung und Umfrage validiert:

• Design / Erscheinungsbild

Wie wirkt das optische Erscheinungsbild auf den Kunden?

• Handling

Der Kunde möchte eine einfache Inbetriebnahme sowie ein intuitives Handling. Ist dies

gewährleistet?

• Funktionalität der Saftpresse

Funktioniert die Saftpresse?

Die Validierung des SaftSack T10 Fahrrades erfolgt mittels einer Umfrage. Der Abnahmepunkt

«Design» sowie «Handling» wird mittels einer Skala von 1 (Negativ) bis 10 (Positiv) von fünf

verschiedenen Testpersonen unabhängig bewertet. In der Tabelle 5 ist das Bewertungsraster zu sehen.

Allfällige Verbesserungsvorschläge oder Kommentare können dazugeschrieben werden. Die

Validierung der Funktionalität erfolgt aus drei Stufen, mit welchen das Produkt eingestuft werden kann:

auf «trifft zu», «trifft teilweise zu» oder «trifft nicht zu». Die Problematik bei der Befragung ist, dass

sie bei wenig Teilnehmenden, nicht aussagekräftig ist und nicht für die gesamte Zielgruppe spricht. Bei

dem Versuch mit vier Teilnehmern könnte man auch von einem Experiment sprechen.

Tabelle 5: Vorlage verwendetes Bewertungsraster

Bewertungsraster:

Positiv 9

8

7

Mittel 4

3

2

Negativ

10 6 5 1


18.12.2018 22

4.9.1 DESIGN / ERSCHEINUNGSBILD

Der Kunde möchte ein ansprechendes Design. Das Team bewertete diesen Punkt mit dem Mock-Up.

Folgende Kriterien wurden beim Betrachten des Fahrrads bewertet:

• Wie wirkt das Erscheinungsbild auf den ersten Blick?

• Wie wirkt sich die Anordnung der Saftpresse und deren Antrieb auf das Design aus?

• Verschmelzen sich die Komponenten zu einem Objekt, oder wirkt es additiv?

Dieses Kriterium wurde im Durchschnitt mit acht von zehn Punkten bewertet.

4.9.2 HANDLING

Der Kunde möchte eine einfache Inbetriebnahme sowie ein intuitives Handling.

Folgende Punkte wurden mithilfe des Mock-Up getestet und beurteilt:

• Sind die Inbetriebnahme und das Bedienen der Saftpresse nachvollziehbar?

• Kann die Saftpresse ohne Mühe und Hindernisse betätigt werden.

• Braucht es zusätzliche wegleitende Markierungen am Fahrrad zur Bedienung der Presse?

Dieses Kriterium wurde im Durchschnitt ebenfalls mit acht von zehn Punkten bewertet.

Feedback:

Die Platzierung der Saftpresse macht sich gut im Erscheinungsbild und wirkt nicht störend.

Auch der Antrieb ist intelligent mit dem Fahrrad zusammen verbaut. Beim Anblick sticht

keiner der verbauten Komponenten negativ ins Auge.

Um das Zusammenspiel besser wirken zu lassen, könnte man Saftpresse und Velorahmen

gleichfarbig machen.

Feedback:

Die Inbetriebnahme ist schnell und gut verständlich. Es braucht somit keine weiteren

Markierungen zur Wegleitung. Die Saftpresse ist einfach zu betätigen. Einziger Mangelpunkt:

Die Bedienung während dem Treten und gleichzeitigen Nachfüllen von Früchten erscheint

schwierig, da man mit dem Rücken zur Presse sitzt.

Tabelle 6: Feedback - Design / Erscheinungsbild

Tabelle 7: Feedback - Handling


18.12.2018 23

4.9.3 FUNKTIONALITÄT

Funktioniert die Saftpresse und deren Antrieb einwandfrei?

Dieser Punkt wurde mithilfe des Mock-Up getestet.

• Es soll geprüft werden, ob der Pedalantrieb die Spiralschraube der Saftpresse in Bewegung

setzt und auf diese Weise ein Saft gepresst werden kann.

Die Ergebnisse dieses Tests waren Positiv. Die Saftpresse, sowie der Antrieb funktionierten bei allen

befragten Personen.

4.9.4 FAZIT ZUR VALIDIERUNG

Die erhaltenen Validierungsergebnisse sind zufriedenstellend. Es wurden keine grösseren Mängel oder

Unstimmigkeiten notiert. Die Verbesserungsvorschläge helfen, das Produkt zu optimieren.

Beim Validierungspunkt «Design/Erscheinungsbild» wird als Massnahme der Vorschlag zur

farblichen Einheit von Saftpresse und Velorahmen übernommen.

Der bemängelte Punkt beim Handling wird mit einem grösseren Trichtervorrichtung auf der Saftpresse

behoben, welche ohnehin bei der Konzeptionierung eingeplant war, jedoch beim Mock-Up nicht

realisiert wurde. Dieser hat genügend Kapazität, um einen Saft ohne Nachfüllen zu pressen. Somit

muss sich der Benutzer während des Pressvorgangs nicht Umdrehen oder absteigen.

Beim Validierungspunkt «Funktionalität» wird das Problem der mangelnden Kettenführung

beobachtet. Falls dies beim Serienprodukt weiterhin Probleme macht, werden Massnahmen ergriffen.

Feedback:

Die Saftpresse und der Antrieb funktionieren. Beim Mock-Up springt die Kette des Öfteren heraus.

Um dies beim Serienprodukt zu verhindern, könnte man evtl. eine Kettenführung am

Sicherheitsschutz einbauen.

Tabelle 8: Feedback - Funktionalität

Schluss Gruppe T10 | TeamTen

18.12.2018 24

5 SCHLUSS

Das Ziel der Fallstudie besteht darin, ein Konzept für ein Fahrrad mit einer Nebenfunktion zu

erarbeiten. Das Benutzerszenario wurde aus Sicht eines naturbegeisterten und sportlichen Users

erstellt. Mit dem anschliessenden Anforderungskatalog hat man eine Rahmenbedingung für das

Konzept festgelegt, das durch einen Morphologischen Kasten und anschliessender Nutzwertanalyse

generiert und ausgewertet wurde.

Basierend auf dem Konzept wurde ein Mock-Up aus einem gebrauchten Kinderfahrrad, einer

Saftpresse und recycelten Materialien erstellt. Mithilfe dieses Mock-Up sind durch eine unabhängige

Gruppe diverse Tests zur Validierung durchgeführt worden. Zusammen mit den Testergebnissen der

Verifizierung aus eigenen Tests hat man die Übereinstimmung mit dem Anforderungskatalog

überprüft. Alle Testergebnisse vielen positiv aus und wurden lediglich mit vereinzelten

Verbesserungsvorschlägen beantwortet.

Die Kombination eines Fahrrades und einer Saftpresse ist eine innovativ gelungene Idee. Die

Verschmelzungen dieser zwei technisch funktionierenden Produkte zu einem Stück macht die

multifunktionelle Bedienung zu einem Kinderspiel. Die Validierungsergebnisse haben gezeigt, dass

die einfache und komfortable Funktionalität gewährleistet ist und das Erscheinungsbild ansprechend

wirkt. Die zwei robusten Konstruktionen der abklappbaren Aluständer geben dem Fahrrad beim

Bedienen der Presse sicheren Halt. Das säurebeständige Material der Presse ist immun gegen die

säurehaltigen Säfte und hat somit eine hohe Lebensdauer. Der ausgewählte Zahnrad-Ketten Antrieb ist

zuverlässig, kostengünstig und zudem leicht im Gewicht. Der gepresste Fruchtsaft fliesst durch einen

Schlauch direkt in die Flasche des Getränkehalters und erleichtert somit die Handhabung.

Der nächste Schritt besteht darin, mögliche potenzielle Kunden ausfindig zu machen und das Produkt

zu vermarkten. Nach Erreichung grösserer Absatzzahlen sollte man mit den Drittherstellern Kontakt

aufnehmen, um die Einkaufspreise zu verhandeln. Somit wird man das Fahrrad mit jeder verkauften

Einheit weiter optimieren und günstiger anbieten können.

Verzeichnisse Gruppe T10 | TeamTen

18.12.2018 25

6 VERZEICHNISSE

6.1 ABBILDUNGEN

Abbildung 1: Kettentrieb ........................................................................................................................ 3

Abbildung 2: Black Box Darstellung ..................................................................................................... 5

Abbildung 3: Beispiel Morphologischer Kasten ..................................................................................... 6

Abbildung 4: Ergebnis Black Box .......................................................................................................... 8

Abbildung 5: Ergebnis Funktionsanalyse ............................................................................................... 9

Abbildung 6: Variante Schwarz ........................................................................................................... 13

Abbildung 7: Variante Grün ................................................................................................................. 13

Abbildung 8: Variante Blau ................................................................................................................. 13

Abbildung 9: Variante Rot ................................................................................................................... 13

Abbildung 10: Fahrrad Gesamtkonzept ................................................................................................ 14

Abbildung 11: Manueller Entsafter BL-30 ........................................................................................... 15

Abbildung 12: Konzept Zahnradantrieb ............................................................................................... 16

6.2 TABELLEN

Tabelle 1: Ergebnis Anforderungskatalog ............................................................................................ 10

Tabelle 2: Ergebnis Morphologischer Kasten....................................................................................... 11

Tabelle 3: Kostenberechnung des SaftSack T10 .................................................................................. 18

Tabelle 4: Gewichtsberechnung des SaftSack T10 ............................................................................... 19

Tabelle 5: Vorlage verwendetes Bewertungsraster ............................................................................... 21

Tabelle 6: Feedback - Design / Erscheinungsbild ................................................................................. 22

Tabelle 7: Feedback - Handling............................................................................................................ 22

Tabelle 8: Feedback - Funktionalität .................................................................................................... 23

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18.12.2018 26

6.3 ABKÜRZUNGEN

Art. Artikel

DGE Deutsche Gesellschaft für Ernährung

VTS Die Verordnung über technischen Anforderungen an

Strassenfahrzeuge

6.4 GLOSSAR

Extruderpresse Ist eine Presse mit einer Spiralförmigen Förderschnecke, welche beim

sich drehen das Material zerkleinert und transportiert.

Kardanwelle Ein Kreuzgelenk, dass die Antriebskraft über eine Distanz überträgt.

Die Kardanwelle ermöglicht diese Kraftübertragung im genicktem

Zustand.

Klauenkupplung Eine Klauenkupplung kann die Kraftübertragung gewährleisten oder

unterbrechen. Bei Kraftübertragung greifen Klauen auf beiden Seiten

ineinander und verbinden so die zweiteilige Kupplung.

Muffenschaltung Eine Schaltmuffe ist ein innenverzahnter Metallring, der den Gang im

Getriebe durch formschlüssige Verbindung zwischen dem auf der

Welle befestigten Rad und dem jeweiligen Zahnrad herstellt.

(Academic dictionaries, S. 1).

Mock-Up Ein Mock-up is eine Art vereinfachtes Modell der eigentlichen Arbeit.

Es wird als Präsentationstechnik und für Verifizierungen verwendet.

Oxidschicht «Die Oxidschicht ist die an der Oberfläche eines oxidierten Elementes

befindliche Schicht. Diese Schicht entsteht, wenn Elemente wie z.B.

Aluminium oder Kupfer mit Luft in Berührung kommen und schützt

die Metalle vor Witterungseinflüssen, Ozon und chemischen

Einwirkungen.» (architektur-lexikon, S. 1).

SaftSack T10 Produktname des Fahrrades mit integrierter Saftpresse.

Spindelpresse Funktioniert indem eine Gewindespindel gedreht wird und somit

Druck ausübt. Mit diesem Druck wird der Saft aus der Frucht

herausgepresst.

Zoll Zoll ist eine Masseinheit. 1 Zoll = 2.54 cm.


18.12.2018 27

6.5 QUELLEN

Architektur-Lexikon. (2018). Oxidschicht. Verfügbar unter

https://www.architektur-lexikon.de/cms/lexikon/443-oxidschicht.html (12.12.2018)

Baars, G. (2011). Basiswissen Chemie. Bern: Hep der Bildungsverlag.

Bikester. (2018). Cube Kathmandu Pro Iridium’n’Black. Verfügbar unter

https://www.bikester.ch/cube-kathmandu-pro-iridiumnblack-858007.html (Stand 10.12.2018)

Burmester, J., Dillinger, J., Escherich, W., Ignatowitz, E., Oesterle, S., Reissler, L. et al. (2017).

Fachkunde Metall (Europa Lehrmittel, 58., neu bearbeitete Auflage). Haan-Gruiten: Europa-

Lehrmittel Nourney Vollmer GmbH & Co. KG.

Cube Bikes. (2018). Equipment. Verfügbar unter

https://www.cube.eu/equipment/ (11.12.2018)

Deacademic. (2018). Muffenschaltung Darstellung. Verfügbar unter

http://deacademic.com/dic.nsf/dewiki/1242167 (12.12.2018)

Dillinger, J. (2010). Fachkunde Metall. Haan-Gruiten: Europa-Lehrmittel Nourney Vollmer GmbH &

Co. KG.

Drews, G. & Hillebrand, N. (2007). Lexikon der Projektmanagement-Methoden (Haufe

Projektmanagement, 1. Auflage). München: Rudolf Haufe Verlag GmbH & Co. KG.

Jenny, B. (2016). Projektmanagement. Das Wissen für eine erfolgreiche Karriere (5., überarbeitete

und aktualisierte Auflage). Zürich: vdf Hochschulverlag AG an der ETH Zürich.

Kühnapfel, J. B. (2014). Nutzwertanalysen in Marketing und Vertrieb (essentials). Wiesbaden:

Springer-Gabler.

Kurz, U., Hintzen, H. & Laufenberg, H. (2009). Konstruieren, Gestalten, Entwerfen. Ein Lehr- und

Arbeitsbuch für das Studium der Konstruktionstechnik (Studium, 4., erw. Aufl.). Wiesbaden:

Vieweg + Teubner.

Kuster, J. (2006). Handbuch Projektmanagement. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin

Heidelberg.

Lindemann, U. (2009). Methodische Entwicklung technischer Produkte. Berlin, Heidelberg: Springer

Berlin Heidelberg.

Reinhaus, D. (2016). Lerntechniken (TaschenGuide, 3. Auflage). Freiburg: Haufe.

Schawel, C. (2011). Top 100 Management Tools. Wiesbaden: Springer Fachmedien.

Soutschek, S. (2016). Wie gesund sind Smoothies? Verfügbar unter

https://www.apotheken-umschau.de/Ernaehrung/Wie-gesund-sind-Smoothies-108145.html

(15.11.2018)


18.12.2018 28

Systema GmbH. (2018). Black Box Darstellung. Verfügbar unter

http://www.systema-gmbh.de/methoden/methoden-der-

konzeptueberpruefung/methodenunterstuetzung-funktionaler-aufbruch.html (26.11.2018)

Veloagenda. (2018). Ritzelkassette. Verfügbar unter

https://veloagenda.ch/index.php?cat=werkstatt&page=ritzelkassette_t (Stand 10.12.2018)

Verordnung über die technischen Anforderungen an Strassenfahrzeuge vom 19. Juni 1995 (Stand am

01. September 2018). (SR 741.41)

Vitaly4life. (2018). Manueller Weizengraf & Gemüse Entsafter BL-30. Verfügbar unter

https://www.vitality4life.de/manuelle-saftpresse-bl30/ (Stand 10.12.2018)

Wippermann. (2018). Antriebe für Prüfstände. Verfügbar unter

https://www.wippermann.com/Engineering/Best-Practice/Antriebe-für-Prüfstände/0_225.html

(Stand 15.12.2018)

Redlichkeitserklärung Gruppe T10 | TeamTen

18.12.2018 29

REDLICHKEITSERKLÄRUNG

Die Verfasser bestästigen mit ihrer Unterschrift, dass die vorliegende Arbeit selbstständig, ohne

fremde Hilfe und ohne Benutzung anderer als die angegebenen Hilfsmittel angefertigt wurde. Die aus

fremden Quellen (einschliesslich elektronischer Quellen) direkt oder indirekt übernommenen

Gedanken sind als solche kenntlich gemacht.

Die Arbeit ist in gleicher oder ähnlicher Form noch nicht vorgelegt worden.

Datum/Ort: ____________________

____________________ ____________________

Bachmann Marcel Bühlmann Pascal

____________________ ____________________

Lusser Michael Krummenacher Marcel

Anhang Gruppe T10 | TeamTen

18.12.2018 30

ANHANG

Der komplette Anhang zu der wissenschaftlichen Arbeit der Gruppe T10 ist auf dem beiliegendem

Datenträger zu finden.

Anhang

Gruppe T10

Bachmann Marcel

Bühlmann Pascal

Krummenacher Marcel

Lusser Michael

Ehemalig

Bieri Dominik

Fallstudie Velo Hochschule Luzern – Technik & Architektur

Horw, Hochschule Luzern – Technik & Architektur, 20.12.2018


20.12.2018 Seite 1 von 15

INHALT

Inhalt ........................................................................................................................................... 1

1 Brainstorming ..................................................................................................................... 2

2 Anforderungskatalog .......................................................................................................... 3

3 Varianten des morphologischen Kasten ............................................................................. 5

3.1 Lösungsmöglichkeit «Schwarz» .................................................................................. 5

3.2 Lösungsmöglichkeiten «Grün» .................................................................................... 7

3.3 Lösungsmöglichkeit «Blau» ........................................................................................ 9

3.4 Lösungsmöglichkeit «Rot» ........................................................................................ 11

4 Nutzwertanalyse ............................................................................................................... 13

4.1 Gewichtung der Nutzwertanalyse .............................................................................. 14

4.2 Entscheidung für eine Lösungsvariante ..................................................................... 14

Brainstorming Gruppe T10 | TeamTen

20.12.2018 Seite 2 von 15

1 BRAINSTORMING

Die Methode Brainstorming wird sehr oft eingesetzt, um in kurzer Zeit viele Ideen zur Lösung

eines Problems zu finden (Drews & Hillebrand, 2007, S. 40-48)

Beim Brainstorming setzt sich eine Gruppe von 5 bis 15 ausgewählten Teilnehmern aus

möglichst unterschiedlichen Fachrichtungen zusammen. Zum Anfang der Sitzung wird eine

einzuhaltende Zeit definiert und das zu lösende Problem wird durch den Sitzungsleiter klar

und für jeden Teilnehmer verständlich analysiert.

Anschliessend kann Jeder Teilnehmer seine spontanen Ideen zur Lösung des Problems

einbringen. Es gelten für die ganze Sitzung folgende Regeln:

- Keine Kritik der eingebrachten Lösungen

- Keine Diskussion über die Machbarkeit oder ähnliches

- Jede auch noch so unkonventionelle Idee ist erwünscht

- Kein Urheberschutz

Sämtliche Ideen werden vom Protokollführer notiert und im Anschluss in der Gruppe

thematisch und qualitativ sortiert. Die so gesammelten Ideen werden protokolliert und am

Schluss den entsprechenden Fachleuten zur Bearbeitung verteilt.

Die Methode eignet sich für weniger komplexe Probleme, dort wo ganz einfach gute Ideen

gesucht werden. Es ist davon auszugehen, dass nach der festgelegten Zeit mindestens eine

funktionierende Lösung gefunden wird.

Anwendung der Methode

Abbildung 1: Brainstorming Methode

Anforderungskatalog Gruppe T10 | TeamTen

20.12.2018 Seite 3 von 15

2 ANFORDERUNGSKATALOG

Funktionale Anforderungen

M/K Thema/Frage Beispiel

1.1 M Hauptfunktion Wie ist die hauptsächliche Verwendung des Produktes aus Anwendersicht?

- Der SaftSack T10 erfüllt die Funktion eines Fahrrades weiterhin.

- Mit Hilfe der Pedale wird eine Saftpresse angetrieben.

1.2 M Hauptfunktion Wie lange dauert es um einen Saft (2 dl) zu pressen?

- Innerhalb von von drei Minuten soll bei vollgefülltem Fruchtbehälter 2 dl Saft erzeugt werden können.

2.1 K Nebenfunktion Welche zusätzlichen Funktionen soll das Produkt bieten?

- Der Saftsack T10 soll über einen Becherhalter verfügen, in welchem im Minimum 10 Plastiktrinkbecher (2dl) verstaut werden können.

2.2 K Nebenfunktion - Das Fahrrad bietet eine Verstauungsmöglichkeit für die anfallenden Abfallprodukte.

2.3 M Nebenfunkton - Das Fahrrad hat ausklappbare Stützen für einen stabilen Stand.

3 M Akteure Wer kauft das Produkt? Wer verwendet das Produkt? (Erwachsene/ Kinder, Alte/ Junge, oder Sportler)

- Naturbegeisterte Velofahrer, die gerne frische Säfte zu sich nehmen.

- Sportler, die ihre Vitamin-Säfte beim Sport selbst pressen und geniessen möchten.

- Landwirte

4 M Startvorgang Wie wird die Saftpresse in Gang gesetzt?

- Wenn das Fahrrad auf den Ständer gestellt wird, kann der Nebenantrieb für die Saftpresse eingeschaltet werden. Durch normales Treten in die Pedale wird der Pressmechanismus angetrieben.

5 M Voraussetzung Was muss erfüllt sein, damit das Produkt funktionsfähig ist?

- Das zu pressende Obst muss zur Saftpressung geeignet sein und/oder vorbereitet werden. Kernobst muss daher für die optimale Nutzung vorgängig entsteint werden.

- Fester Untergrund mit einer Neigung von < 7%

6 K Schnittstelle Kann das Fahrrad von der Saftpresse getrennt werden?

- Damit das Fahrrad auch für längere Touren genutzt werden kann, ist es möglich die Saftpresse zu demontieren.

7 M Infrastruktur Welche Infrastruktur muss zur Verfügung stehen, damit das Produkt genutzt werden kann?

- Verwenden lässt sich der SaftSack T10 ohne weitere Infrastruktur. Lediglich die zu pressenden Früchte müssen zur Verfügung stehen.

8 M Gewicht Wie viel beträgt das Maximalgewicht des Fahrrads?

- Das Fahrrad darf mit leerer Saftpresse das Maximalgewicht von 25 kg nicht überschreiten.

9.1 M Grösse Welche Dimensionen soll die Einlassöffnung der Fruchtpresse aufweisen?

- Die Einlassöffnung muss mindestens einen Durchmesser von 7cm aufweisen. (ca. Durchmesser eines Tennisballs)

9.2 M Grösse Welche maximale Breite darf die Fruchtpresse haben?

- Die Fruchtpresse darf höchstens 0.7 m breit sein.

Anforderungskatalog Gruppe T10 | TeamTen

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Nichtfunktionale Anforderungen

10.1 M Standfestigkeit - Der SaftSack T10 darf bei der Benutzung auch dann nicht umfallen, wenn die Saftpresse vollgefüllt ist.

10.2 M Standfestigkeit Wie schwer darf der Nutzer sein? - Der Benutzer darf nicht schwerer als 120kg sein.

11 M Bedienbarkeit Einfaches Handling - Die Saftpresse muss von oben befüllt werden können.

- Die Inbetriebnahme der Saftpresse darf für den ungeübten Benutzer nicht länger als 5 Minuten dauern.

12 M Haltbarkeit Wie lange soll das Produkt bei sachgemässem Gebrauch halten?

- Bei regelmässiger Wartung und Reinigung soll die Lebensdauer mindestens 10 Jahre oder 2000 Betriebsstunden betragen.

- Die Saftpresse soll aus Hygiene- und Haltbarkeitsgründen aus hygienisch unproblematischen Materialien bestehen, welche beständig gegen die austretenden Säuren sind.

13 M Reinigung Einfache Reinigung - Die Saftpresse muss so aufgebaut sein, dass die zu reinigenden Teile leicht zugänglich und/oder einfach ausbaubar sind, um eine hygienische Reinigung nach dem Gebrauch gewährleisten zu können.

14 M Kosten Was darf das Produkt kosten? - Das Fahrrad darf den Käufer maximal 2500 CHF kosten

15.1 M Gesetzliche Normen

CE-Norm - CE-Zertifikat

15.2 M Gesetzliche Normen

Strassenverkehrsordnung - Das Fahrrad soll im Strassenverkehr ohne spezielle Auflagen bewegt werden können.

16 M Sicherheit Besondere Sicherheitsmassnahmen - Sämtliche nicht fahrradtypischen bewegten Elemente sollen so abgedeckt sein, dass man sich nicht verletzen kann und keine Kleidungsstücke eingezogen werden.

Tabelle 1: Anforderungskatalog

Varianten des morphologischen Kasten Gruppe T10 | TeamTen

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3 VARIANTEN DES MORPHOLOGISCHEN KASTEN

3.1 LÖSUNGSMÖGLICHKEIT «SCHWARZ»

Bei dieser Variante wird die Saftpresse vor dem Lenker montiert. Über die Kurbel des

Fahrrads wird ein Kompressor angetrieben welcher Luft in einem Tank verdichtet. Wenn das

Fahrrad zur Fortbewegung benötigt wird, ist der Tank über ein Ventil entlüftet. Somit wird

die Luft nicht verdichtet. Die Saftpresse ist nach dem Prinzip einer Zentrifuge aufgebaut und

wird durch einen pneumatischen Motor angetrieben. Dieser ist durch einen Schlauch, welcher

im Rahmen verbaut ist, mit dem Drucktank verbunden. Damit das Fahrrad stabil steht, wird

ein zweibeiniger Fahrradständer verbaut, welcher das Hinterrad abhebt. Da das Hinterrad des

Fahrrads durch den Ständer abgehoben wird, kann es beim Verdichten der Luft mitdrehen.

Das Fahrrad besitzt einen Aluminiumrahmen um das Gewicht niedrig zu halten. Auf eine

Federgabel wird verzichtet. Durch das zusätzliche Gewicht vor dem Lenker, müsste eine

Federgabel hart eingestellt werden. Somit erhöht eine Federgabel den Fahrkomfort nur wenig.

Zusätzlich kann durch eine Starrgabel kann das Gewicht gegenüber der Ausführung mit einer

Federgabel gesenkt werden.

Möchte man einen Saft pressen, schliesst man das Ventil für die Entlüftung des Drucktanks

und tritt in das Pedal. Dadurch wird über einen Kompressor die Luft im Tank verdichtet. Den

aktuellen Druck kann man an einem Manometer ablesen. Ist der gewünschte Druck erreicht,

wird über einen Taster das Ventil zwischen dem Drucktank und dem Schlauch zum Motor

geöffnet. Der Motor treibt nun die Zentrifuge an. Durch die Zentrifugalkraft wird in der

Zentrifuge der Saft der Früchte vom Fruchtfleisch getrennt und läuft in ein Gefäss.

Um sich diese Variante besser vorstellen zu können ist in Kapitel «4.1.4 Skizze» eine Skizze

ersichtlich.

Vorteile

- Dadurch, dass die Zentrifuge vor dem Lenker verbaut wird, kann während dem

Antreiben des Kompressors die Zentrifuge befüllt werden.

- Mit einem Ventil, welches den Drucktank entlüftet, kann einfach zwischen dem

Druckerzeugen und dem Fahren umgeschaltet werden.

Nachteile

- Der Kompressor wird dauernd angetrieben. Dies verursacht einen erhöhten

Kraftaufwand, wenn das Fahrrad zur Fortbewegung genutzt wird.

- Ein Drucktank und Kompressor benötigt viel zusätzlichen Platz.

- Die Fehleranfälligkeit des pneumatischen Systems ist hoch.

- Hohe Herstellungskosten


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Abbildung 2: Variante Schwarz


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3.2 LÖSUNGSMÖGLICHKEITEN «GRÜN»

Bei der grünen Variante wird die Saftpresse über dem hinteren Rad montiert. Angetrieben

wird die Presse komplett mechanisch, über die Pedalen des Fahrrades. Mittels einer

Kardanwelle wird die aufgewendete Kraft von den Pedalen zur Saftpresse geführt. Eine

Klauenkupplung gewährleistet hierbei die Übersetzung.

Das Benutzen des Pedals hat den Effekt, dass sich das Fahrrad vorwärtsbewegt. Soll das

Fahrrad aber nur zum Pressen von Früchten verwendet werdet, soll dies jedoch stillstehen.

Um dies zu erreichen, besitzt das Fahrrad einen Doppelständer, welcher beim hinteren Rad

montiert ist. Nach herunterklappen des Ständers liegt so das Hinterrad in der Luft und dreht

sich beim Treten in das Pedal zwar mit, jedoch erzeugt es so keine Vorwärtsbewegung.

Gleichzeitig erhöht der Ständer die Stabilität.

Um Gewicht zu sparen, wird ein Aluminiumrahmen verwendet. Ausserdem ist das Fahrrad

nur mit einer Vorderradfederung ausgestattet, da eine zusätzliche Hinterradfederung den

Aufbau der Saftpresse nur unnötig erschweren würde. Bei dieser Variante wird eine Extruder-

Saftpresse verwendet, welche mechanisch betrieben werden kann und nicht allzu hohe

Drehzahlen benötigt. Ein grosser Einfülltrichter ermöglicht das einfache Befüllen mit

Früchten und Gemüse vor dem Pressvorgang. Während des Betriebes hat man die

Presskonstruktion hinter sich, was ein weiteres Befüllen ohne vom Fahrrad abzusteigen,

verunmöglicht. Der gepresste Saft wird in einem Behälter aufgefangen, mit dem er nach dem

Pressvorgang serviert werden kann. Um sich diese Variante besser vorstellen zu können ist in

Kapitel «Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. Skizze» eine Skizze

ersichtlich.

Vorteile

- Einfache Bauweise

- Leichte und kompakte Bauart

- Einfache Inbetriebnahme

- Geringer Wartungsaufwand

Nachteile

- Befüllung der Presse nur vor dem Pressvorgang

- Teure Komponenten und Herstellung


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Abbildung 3: Variante Grün


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3.3 LÖSUNGSMÖGLICHKEIT «BLAU»

Bei der blauen Variante wird die Saftpresse hinter dem Sattel montiert. Angetrieben wird die

Presse komplett mechanisch durch die Pedale des Fahrrades. Die Kraft wird über eine Kette

vom hinteren Zahnkranz nach oben zum Gepäckträger geführt. Aus diesem Grund verliert das

Fahrrad im Fahrbetrieb zwei Gänge. Um die Presse einzuschalten, wird einfach in den

zweitobersten Gang geschaltet. Nun wird die Kraft mit Hilfe einer Kette von den Pedalen zum

hinteren Zahnkranz geführt. Von dort geschieht die weitere Übertragung durch zwei

mechanisch verbundene Zahnräder, die frei gelagert und nicht mit den anderen Zahnrädern

des Zahnkranzes verbunden sind. Die Saftpresse wird schliesslich durch eine weitere Kette

angetrieben. Es wird ein abklappbarer Ständer benötigt, der das Hinterrad während des

Pressvorganges anhebt und gleichzeitig dem Fahrrad im Pressbetrieb eine gute Stabilität

verleiht. Um Gewicht zu sparen, wird ein Aluminiumrahmen verwendet. Ausserdem ist das

Fahrrad nur mit einer Vorderradfederung ausgestattet, da eine zusätzliche Hinterradfederung

den Aufbau der Saftpresse nur unnötig erschweren würde. Bei dieser Variante wird eine

Extruder-Saftpresse verwendet, welche mechanisch betrieben werden kann und nicht allzu

hohe Drehzahlen benötigt. Ein grosser Einfülltrichter ermöglicht das einfache Befüllen mit

Früchten und Gemüse vor dem Pressvorgang. Während des Betriebes hat man die

Presskonstruktion hinter sich, was ein weiteres Befüllen ohne vom Fahrrad abzusteigen,

verunmöglicht. Der gepresste Saft wird in einem Behälter aufgefangen, mit dem er nach dem

Pressvorgang serviert werden kann. Um sich diese Variante besser vorstellen zu können ist in

Kapitel «Fehler! Verweisquelle konnte nicht gefunden werden. Skizze» eine Skizze

ersichtlich.

Vorteile

- Einfache Bauweise

- Günstige Komponenten und Herstellung

- Leichte und kompakte Bauart

- Einfache Inbetriebnahme

- Geringer Wartungsaufwand

Nachteile


- Verlust eines Ganges im Fahrbetrieb


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Abbildung 4: Variante Blau


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3.4 LÖSUNGSMÖGLICHKEIT «ROT»

Bei dieser Variante wird die Saftpresse hinten, seitlich neben dem Rad montiert. Der Antrieb

erfolgt über einen hydraulischen Kreislauf, welcher durch eine Pumpe über die Fahrradkurbel

angetrieben wird. Zum Bedienen wird ein Zwei-Weg Hebelventil zum Öffnen und Schliessen

des Hydraulikkreises verwendet. Der Pressvorgang erfolgt über einen einfach wirkenden

Hydraulikzylinder, welcher das Obst presst. Das Fahrrad kann durch einen zweibeinigen,

abklappbaren Zentralständer gestützt werden. Das Hinterrad wird abgehoben und kann sich

widerstandslos drehen. Die Presse kann somit im Stillstand betrieben werden. Da Dämpfer

keinen negativen Einfluss auf die unten am Rad montieren Saftpresse haben, verwenden wir

ein vollgefedertes Fahrrad, um möglichst viel Komfort zu erhalten.

Zum Saft pressen stelle ich das Fahrrad auf den Zweibeinigen Ständer, öffne über das

Hebelventil den Hydraulischen Kreislauf, fülle Obst in die Öffnung meiner Presse und trete

ein paar Mal in das Pedal. Schon habe ich einen frisch gepressten Obstsaft.

Um sich diese Variante besser vorstellen zu können ist in Kapitel «Fehler! Verweisquelle

konnte nicht gefunden werden. Skizze» eine Skizze ersichtlich.

Vorteile

- Es kann mit geringer kraft ein hoher Pressdruckerzeigt werden. Somit könnte auch

härteres Obst einfach gepresst werden.

- Es kann ein vollgefedertes Fahrrad verwendet werden

- Das Gewicht der Saftpresse ist weit unten am Fahrrad, was besser für die Haltung des

Gleichgewichts ist.

Nachteile


- Hohe Herstellungskosten

- Erschwerte Montage der Fruchtpresse neben dem Hinterrad

- Eingeschränkte Platzfreiheit, vor allem in der Breite. Da die Presse seitlich herausragt

kann sie bei diversen Manövern im Weg sein.

- Nicht optimale Gewichts Verteilung (Nur durch Gegengewicht erreichbar) was das

Fahren beeinträchtigen kann.


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Abbildung 5: Variante Rot

Nutzwertanalyse Gruppe T10 | TeamTen

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4 NUTZWERTANALYSE

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Tabelle 2: Nutzwertanalyse

Nutzwertanalyse Gruppe T10 | TeamTen

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4.1 GEWICHTUNG DER NUTZWERTANALYSE

Wie in Tabelle 1 ersichtlich, ist der Komfort beim Fahren mit 25% das Kriterium mit der

grössten Gewichtung. Begründen lässt sich dies, da die montierte Saftpresse unter keinen

Umständen die Fahreigenschaften des Velos beeinträchtigen darf. Es wäre zum Beispiel

undenkbar, wenn der Antrieb und die Saftpresse eine einseitige Gewichtsverteilung auf das

Fahrrad ausüben würde. Das hätte fatale Folgen auf das Gleichgewicht während dem Fahren.

Ebenfalls eine hohe Gewichtung mit 20% wird auf die komfortable Bedienung der Saftpresse

gesetzt. Es soll möglich sein, schnell und mühelos den Antrieb auf die Saftpresse umzustellen

und auf einer angenehmen Höhe die Saftpresse bedienen zu können.

Weniger wichtig ist jedoch das optische Erscheinungsbild. Der Nutzer kauft das Fahrrad in

erster Linie wegen seiner einzigartigen Doppelfunktion und legt somit weniger wert auf das

Design. Somit liegt dort eine Gewichtung von 5% vor.

4.2 ENTSCHEIDUNG FÜR EINE LÖSUNGSVARIANTE

Die N

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