Verbindungstechnik

Der Kompetenzbereich Verbindungstechnik beschäftigt sich mit der Auslegung und der Herstellung innovativer Produkten und Strukturen, wo die Klebe- und die Schweisstechnik eine Schlüsselrolle spielen.

Da steht die Verklebung von vielerlei Werkstoffkombinationen und das Schweissen von Thermoplasten im Vordergrund. Komplexe und innovative Leichtbauprodukte werden in der Multimaterialbauweise durch die richtige Fügetechnik möglich.

Mithilfe von Finiten-Elementen Methoden kann das mechanische Verhalten von Klebverbindungen vom unbeschädigten Zustand bis zum kompletten Versagen simuliert werden

Für diesen interdisziplinären Ansatz stehen eine moderne Laborinfrastruktur sowie innovative numerische Methoden zur Verfügung.

Kernkompetenzen

  • Auswahl von Fügeverfahren für Multimaterialkombinationen
  • Schweissen von Kunststoffbauteilen
  • Materialauswahl und Auslegung von Fugen
  • Mechanische Werkstoff- und Bauteilprüfung von geklebten und geschweissten Prüfkörpern, Produkten und Strukturen
  • Oberflächenvorbereitung, Vor- und Nachbehandlung und deren Überprüfung
  • Dimensionierung von Kleb- und Schweissverbindungen mit analytischen und Finite-Elementen (FE) Analyse
  • Test und Simulation des reologischen Verhaltens von Klebstoffen während des Auftragsverfahrens
  • Stoffdatenermittlung: Direkte und inverse Identifikation von Materialparametern für analytische Berechnungen und FE Analyse
  • Gefüge- und Schadensanalyse
  • Machbarkeitsstudie der Implementierung von Verbindungsverfahren in industriellen und automatisierbaren Herstellprozessen

Schweissanlagen für Kunststoffbauteile:

  • Laserschweissanlage – Leister, Novolas WS-AT
  • Ultraschallschweissanlage:
    Rinco Ultrasonic, Rinco Standard 3000
    Hermann Ultrasonic, HiQ Dialog
  • Heissplattenschweissanlage – Selbstgebaute Anlage mit unabhängig beheizbaren Platten, 300x300mm, bis 300°C
  • Induktionsschweissanlage – Selbstgebaute Anlage mit Generator EW050T von IFF GmbH und verschiedenen Spulengeometrien
  • Muffenschweissgerät – Aquatherm, AQ 63 TF

Klebstoffvorbereitung:

  • SpeedMixer DAC 150.1 FVZ
  • Vorheizgerät für Klebstoffkartuschen
  • Diverse Klebepistolen für 1K und 2K Klebstoffen
  • Industrielle Luftdruckheisspistole für Hotmelt

Analyse der Oberfläche Benetzung/Adhäsion:

  • MSA (Mobile Surface Analyser)

Oberflächen Vorbereitung

  • Reinigungsmittel und Aktivatoren
  • Sandstrahlen
  • Schleifmaschine

Oberfläche Vor- und. Nachbehandlung:

  • Plasmagerät – Piezobrush® PZ2-i
  • Niederdruck Plasma Kammer – Diener electronics, ATTO
  • Handbeflammungsgerät SurA FB 07 Pyrosil
  • Diverse Primer

Aushärtung von Klebstoffen:

  • Diverse Öfen bis 300°C

Schweissvorrichtungen, Klebe- und Prüfvorrichtungen:

  • Zugprüfungen
  • Zugscherprüfungen
  • Zugschälprüfungen
  • Thick Adherend Shear Test (TAST)
  • Stumpfgeklebte Zugproben (SZ)
  • Double Cantilver Beam (DCB)
  • End-Notched Flexure Test (ENF)
  • MMB Test (Mixed Mode Bending)
  • Keilschlag Test (Wedge impact method nach ISO 11343)
  • Planar Test (für Elastomere)
  • Biaxial Test (für Elastomere)
  • Volumetrische Druck-behinderte Test-Prüfung für elastische Klebstoffe (für Elastomere)
  • Prüfvorrichtungen für die Prüfungen von T-Stoss Fallstudien

Messungen von Dehnungen und Dehnungsfeldern

  • Digital Image Correlation System (DIC) Aramis 3D GOM

Messungen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten:

  • Selbstgebaute Anlage, Temperaturbereich von -10°C bis +120°C

Mechanische Prüfungen von Verbindungen:

  • Zugprüfanlagen Shimadzu AGX 500N, 10kN, 50kN, 250kN (Temp. Bereich: -60°C – 250°C)
  • Pneumatisch Ermüdungsprüfmaschine Dynamess
  • Ermüdungsprüfanlage Sincotec
  • IPT, Zeitstand Prüfmaschine (Kriechen, Relaxation)
  • Salzsprühnebelanlage
  • Klimakammer (Temp. plus Feuchtigkeit), CTS C40/200 (Temp. Bereich: -40°C – 180°C)
  • Crashtürme mit Highspeed Kamera

Berechnungen und FE-Simulation

  • Analytische Berechnungen mit Sicherheitsfaktor für eine schnelle Auslegung der Fügezone
  • FE-Simulation anhand komplexen, nicht-linearen Modellen bis zum Bruch der Fügezone:
    TAPO Model (LS-Dyna)
    Cohesive Zonen Modell (LS-Dyna, Ansys, MSC Marc Mentat)
  • Simulation des Fliessverhaltens von Klebstoffen (z.B Carrau Model)
  • Inverse Identifikation Verfahren von Materialparametern mit LS-OPT
Laserschweissen von Kunststoffprodukten

Das Laserschweissen von Kunststoffen wird in der Industrie immer häufiger eingesetzt und ermöglicht die schnelle und präzise Herstellung von Produkten mit komplexer Fügegeometrie.

Laserschweissen von wiederverwendbaren Gesichtsmasken

Die grosse Nachfrage an Atemschutzmasken hat neue Fragen zur Erhöhung des Produktionstempos gestellt. Im Rahmen einer Semesterarbeit wurden geeignete Kunststofftextilien und Verbindungsprozesse erforscht und identifiziert, welche sich zur Herstellung von Atemschutzmasken eignen.

Herstellung von Unihockeybällen mit Heizelementschweissanlage

Mit der beim IWK selbstentwickelten Heizelementschweissanlage wurden exemplarisch Unihockeybälle geschweisst.

Automatisierung der Primerauftragung von Metall- und Kunststoffkernen

Im Rahmen einer Bachelorarbeit wurde eine automatisierte Anlage zum Auftragen von Primern auf Metall- und Kunststoffkerne hergestellt. Für die gleiche Tätigkeit ist der automatisierte Prozess schneller und genauer als die Handarbeit.

Swiss Technology Award 2019

Für Projekt von Sika, 3A und HSR, Kunststoff Innovation 2019
Download Medienmitteilung, Linth-Zeitung 01/2020, Seite 6

Prix de Thèse Guy-Daniélou 2011

Rewarding one of the three best Ph-D work among the 61 Ph-D defended at the UTC in 2010: Industry award

Young Scientist Award 2010

At the ACE-X 2010 conference in Paris for the paper/presentation: P. Jousset and M.Rachik, Identification and Evaluation of an Elasto-Plastic Damage Model for the Finite Element Simulation of Sructural Bonded Joints, ACE-X 2010, Paris

Fachbücher

2011

JY. Cognard, L. Sohier, P. Jousset, R. Créac'Hcadec, M. Rachik: Experimental analysis of the mechanical behaviour of a ductile adhesive in a bonded joint under proportional tensile-shear loads, Adhesives: Types, Mechanics and Applications (on invitation only), Chapter 1, pp 1-45

Fachzeitschriften

2021

Neue Verbindungstechnik am IWK – Reibrührschweissen von Kunststoffen
Rutzer S. Jousset P., KunststoffXtra 07/2021, S. 26-29

Das Laserschweissen zeigt sein Potenzial
Stephan Deola¹, Jennifer Schmid¹, Stefan Popovi?¹, Stefan Rutzer¹, Prof. Dr. Pierre Jousset¹ (¹IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung, OST Ostschweizer Fachhochschule, Rapperswil-Jona): Das Laserschweissen zeigt sein Potenzial, KunststoffXtra 04/2021, Seite 25-27

The glass transition of amorphous polymers: About a continuous equation of state and its derivatives
Corbisieri C., Jousset P., Roos. M, Journal of Applied Polymer Science 03/2021 Volume 138, Issue 28/ 50662

Automatisierung der Primerauftragung
Peter Georg Florin¹, Pascal Kundert², Stefan Rutzer¹, Prof. Dr. Pierre Jousset¹ (¹IWK Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung, OST Ostschweizer Fachhochschule, Rapperswil-Jona, ²Kundert AG Kunststofftechnik, Jona): Automatisierung der Primerauftragung, KunststoffXtra 1-2/2021, Seite 6-8

Verbindung von thermoplastischen Kunststoffen und Textilien – Das Laserschweissen zeigt sein Potenzial
Deola S., Schmid J., Popovic S., Rutzer S., Jousset P., KunststoffXtra 1-2/2021, S. 25-27

2020

Auslegung von Multi-Material-Bauteilen
Prof. Dr. Pierre Jousset¹, Stefan Rutzer¹ (¹ IWK, Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung Rapperswil): Auslegung von Multi-Material-Bauteilen, KunststoffXtra 10/2020, Seite 52-54

Ein Leitfaden für die Praxis
Prof. Dr. Pierre Jousset¹, Prof. Dr. Markus Henne², Prof. Dr. Niedermeier³ (¹ Fachbereichsleiter Verbindungstechnik, IWK, HSR Rapperswil, ² Fachbereichsleiter Mechanische Systeme, IWK, HSR Rapperswil, ³ Prof. Dr.-Ing. Michael Niedermeier, Leiter Steinbeis-Innovationszentrum Werkstoff- und Oberflächentechnologie Friedrichshafen und Leiter Werkstoffprüflabor der Hochschule Ravensburg-Weingarten RWU), KunsstoffXtra 4/2020, Seite 34-37

2019

Dynamisch-mechanische Analyse am Glasübergang
Claudio Corbisieri ¹, Prof. Dr. Pierre Jousset ¹ (¹ IWK, Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung Rapperswil): Dynamisch-mechanische Analyse am Glasübergang, KunststoffXtra 10/2019, S. 46-47

Grosse Kunststoffteile additiv hergestellt, Ultraschallschweissen macht’s möglich
Prof. Dr. Pierre Jousset ¹,Pascal Schiesser ¹, Mauritius Mazenauer ² (¹ IWK, HSR Rapperswil, ² Prodartis AG): Grosse Kunststoffteile additiv hergestellt, Ultraschallschweissen macht’s möglich, KunststsoffXtra 5/2019, S. 10-11

Induktionsschweissen von PE-Rohren
Prof. Dr. Pierre Jousset ¹, Lukas Grab ¹, Nico Lipp ¹, Dirk Petry ², Stefan Schöller ², Oliver Trefz ² (¹ IWK, Institut für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung, ² Co-Autoren Dirk Petry, GF Piping Systems, Schaffhausen): Induktionsschweissen von PE-Rohren, KunststoffXtra 3/2019, S. 14-15

2018

Innovative Verbindungstechnik – Erfolgreiches 1. Bonding Forum
S. Popovic (MA des Teams von P. Jousset), KunststoffXtra, 7-8/2018

Adhesive Bonding in High Temperature Applications
C. Corbisieri, D. Stapf, P. Jousset, G.A. Barandun, O. Mathews, S. Feldhaus, Performance increase in continuous casting of steel by adhesive bonding, 3/18

Characterisation and FE simulation of polyurethane elastic bonded joints under multiaxial loading conditions
C. Amstutz, M. Bürgi, P. Jousset, International Journal of Adhesion and Adhesives 83, 2018, 103-115

Fachvorträge

2021

Jousset, P.: Webinar, Techniques de souage des matières thermoplastiques, Swiss Plastics Cluster, 15.06.2021

2020

Jousset, P.: Webinar, Partie 2: Caluls et dimensionnement de joints collés – Principes et exemples issus de l' industrie, Swiss Plastics Cluster, 19.06.2020

Jousset, P.: Webinar, Partie 1: Le collage et ses applications, Swiss Plastics Cluster, 18.06.2020

2019

Jousset, P.: Experimental testing and finite element simulation of adhesively bonded joints: application to the automobile and transportation industry, 7th China International Bonding Conference, Hangzhou, 3.-5. 11.2019

Jousset, P., Corbisieri, C., Stapf, D., Popović, S., Mathews, O., Feldhaus, S., Barandun, G. A.: Performance increase in continuous casting of steel using adhesive bonding, 1st International Conference on Advanced Joining Processes 2019, Ponta Delgada. 24. – 25.10.2019

Rutzer, S., Lipp, N., Grab, L., Petry, D., Scholler, S., Jousset, P.: Induction welding of polyethylene pipes, 1st International Conference on Advanced Joining Processes 2019, Ponta Delgada. 24. – 25.10.2019

Popović, S., Schiesser, P., Mazenauer, M., Jousset, P.: Ultrasonic welding of additively manufactured polyamide 12 components, 1st International Conference on Advanced Joining Processes 2019, Ponta Delgada. 24. – 25.10.2019

Popović, S.: Induktionsschweissen von Kunststoffrohren, 14. Rapperswiler Kunststoff-Forum, HSR Hochschule für Technik Rapperswil. 05.09.2019

Jousset, P., Rutzer, S., Häusler, M.: Einfluss der Niederdruckplasmavorbehandlung auf die mechanischen Eigenschaften verklebter Kunststoffbauteile, Winterthurer Klebstofftagung, Winterthur, 20.08.2019

Jousset, P.: Auslegung und Berechnung von Klebverbindungen – Theorie und Beispiele aus der Industrie, Klebtechnisches Kolloquium 2019, Übach-Palenberg. 03.07.2019

Jousset, P.: Digital twins for the design of adhesively bonded products and structures, CC Schweiz – Gemeinsame Sitzung der 3er-CCev-AG, Basel. 25.06.2019

Jousset, P.: Nichtlineare Finite-Elemente Simulation von elastischen Klebverbindungen, CADFEM ANSYSY Simulation Conference, HSR Hochschule für Technik Rapperswil. 19.06.2019

Jousset, P.: Lifetime prediction and wind energy, Swiss Energy Forum, HSR University of Applied Sciences Rapperswil. 15.05.2019

Jousset, P.: Welcome to IWK, Showcasing Swiss expertise in motorsports and excellence in innovation, Hinwil. 29.04.2019

2018

Jousset, P.: FE Simulation von strukturellen Epoxy Verklebungen anhand des TAPO Modells, CADFEM ANSYS Simulation Conference, Rapperswil, 2018