Entwicklung einer Methodik zur systematischen Erzeugung multifunktionaler Materialstrukturen

Die Integration nicht-struktureller Funktionen in strukturelle Bauteile bietet zahlreiche Potenziale im Hinblick auf immer komplexere Produkte. Die dabei häufig entstehenden intensiven Materialmixe stehen jedoch im Kontrast zu dem steigenden Bewusstsein für eine nachhaltige und zirkuläre Gesellschaft. Vor diesem Hintergrund fehlt es an unterstützenden Methoden und Hilfsmitteln, die beiden Themenfeldern gerecht werden. Dabei müssen zudem unterschiedliche Produkttypen und Ausgangslagen der Entwicklung unterschieden werden. Im Gegenzug sollen jedoch auch Lösungen über Produkttypen und Entwicklungsansätze hinaus nutzbar sein. Ziel dieser Arbeit ist es, eine methodische Unterstützung bei der Entwicklung funktionsintegrierter Lösungen in Form einer Methodik zu erarbeiten. Durch die Betrachtung unterschiedlicher Ebenen der Entwicklung von Funktionsintegration sowie der dabei entscheidenden Aspekte kann der Ebene der Materialstrukturen großes Potenzial für eine methodische Unterstützung zugeordnet werden. Als Vorbereitung auf die Entwicklung der Methodik werden verschiedene Unterscheidungsmerkmale funktionsintegrierter Lösungen abgeleitet. Dabei wird zwischen allgemeinen und funktionsspezifischen Merkmalen unterschieden. Basierend auf der Analyse bestehender multimaterialer und multifunktionaler Lösungen werden allgemeingültige Gestaltprinzipien abgeleitet, die sowohl Materialverbunde als auch die Integration von Funktionen bzw. funktionalen Komponenten abbilden können. Zur Darstellung komplexerer multifunktionaler Materialstrukturen wird mit den Multi-Level- Strukturen (MLS) ein Produktmodell entwickelt, das den inneren Materialaufbau hierarchisch durch zunehmende Auflösung darstellt. Auf Grundlage der entwickelten Ansätze wird schließlich eine Gesamtmethodik entwickelt, die die systematische Entwicklung multifunktionaler Materialstrukturen methodisch unterstützt und somit eine Ausgangslage für die Erzeugung funktionsintegrierter Bauteile bzw. Produkte schafft. Innerhalb der Methodik werden drei Methoden mit unterschiedlichen Sichtweisen auf multifunktionale Materialstrukturen definiert und mit bereits bestehenden Ansätzen auf anderen Entwicklungsebenen verknüpft. Die Validierung der Methodik erfolgt durch die Anwendung auf die Entwicklung einer multifunktionalen Fahrzeugheckklappe. Zuletzt werden in einem Ausblick Möglichkeiten zur Weiterentwicklung der vorgestellten Ansätze diskutiert.