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Sven_Coutandin

M.Sc. Sven Coutandin

Gruppenleiter Leichtbaufertigung
Bereich: Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 013, Geb. 50.36
Tel.: +49 721 608-42449
Fax: +49 721 608-45005
Sven CoutandinBcl6∂kit edu

76131 Karlsruhe
Kaiserstraße 12


M. Sc. Sven Coutandin

Forschungs- und Arbeitsgebiete:

  • Automatisierungslösungen und sensorbasierte Greiftechnik im Umfeld der Leichtbaufertigung
  • Prozess- und Maschinenentwicklung für additive Fertigung von faserverstärkten Kunststoffen
  • Untersuchung von Verfahren und Fügetechnik zur Fertigung von FVK-Metall Hybriden
  • Charakterisierung des Umformverhaltens von gebinderten, textilen Materialien
  • Analyse der Umformung von textilen Materialien mit Hilfe segmentierter Werkzeuge

 

Allgemeine Aufgaben:

  • Leitung der Gruppe Leichtbaufertigung mit den Themenschwerpunkten FVK-Metall Hybride, Fügetechnik, Greiftechnik und Robotik, additive Fertigung
  • Mitglied im Kernteam des Leichtbauzentrums Baden-Württemberg e.V.

 

 Projekte:

 

Versuchsstände:

Veröffentlichungen

[ 1 ] Fleischer, J.; Koch, S. & Coutandin, S. (2015), „Manufacturing of polygon fiber reinforced plastic profiles by rotational molding and intrinsic hybridization “, Prod. Eng. Res. Devel. , Band 9, Nr. 3, S. 317-328.
Abstract:
The manufacturing of lightweight shafts, pipes and profiles often uses hollow structures made from fiber reinforced plastics (FRP) due to their better density related properties. For applications with locally high tribological stresses, the use of FRP is not yielding proper results. In terms of lightweight construction, a hybrid design with a hollow FRP basic structure and local metallic elements in areas of high tribological stress is ideal for these applications. A promising approach for the production of these parts is rotational molding. Rotational molding for FRP– metal profiles is understood as a manufacturing process where machined, metallic elements and dry continuous fiber structures will be assembled and laid in a closed mold. Afterwards, the liquid matrix will be casted and the mold is then rotated at high speed until the fiber structure is fully impregnated and the matrix is cured. As there are short flow paths, this process is offering the potential to realize short cycle times of only a few minutes. Within this paper, the manufacturing of polygon profiles via rotational molding is described. These profiles can be produced by using centrifugal cores which were developed at the wbk Institute of Production Science. These cores are made of an elastomer composite material and they expand during the rotational molding process. The modeling of these cores and their impact on the impregnation pressure is shown here as well as their contribution in achieving higher fiber volume fractions.

[ 2 ] Fleischer, J.; Albers, A.; Coutandin, S. & Spadinger, M. (2016), „Materialeffizienz im Resin-Transfer-Moulding-Prozess“, VDI-Z Integrierte Produktion, Nr. 1, S. 82-84.
Abstract:
Innovative Leichtbaulösungen unter Einsatz von endlosfaserverstärkten Kunststoffen bieten große Potentiale im automobilen Leichtbau. Allerdings verhindern technische und wirtschaftliche Herausforderungen in der Resin-Transfer-Moulding-Prozesskette, dass sich diese Werkstoffe in der Großserie durchsetzen. Um die hohen Materialkosten während des Preformings zu senken, wird eine neue Werkzeugtechnologie entwickelt, mit der sich der Faserverschnitt reduzieren lässt. Zudem bietet eine ganzheitliche Subpreform-Strategie unter Berücksichtigung von fertigungstechnischen, mechanischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten der Industrie Chancen zur weiteren Kostenreduktion bei gleichzeitiger Ressourcenschonung.

[ 3 ] Förster, F.; Ballier, F.; Coutandin, S.; Defranceski, A. & Fleischer, J. (2017), „Manufacturing of Textile Preforms with an Intelligent Draping and Gripping System“, Procedia CIRP, S. 39-44.
Abstract:
In this paper, a novel pixel-based draping and gripping unit will be presented. To monitor and control the draping during the forming of a stack of semi-finished textiles, the pixels are equipped with integrated sensors. With these sensors, it is possible to adjust the tangential sliding and the normal holding force at each pixel. The sensor principle is based on the electrical conductivity of carbon fibers. Electrodes inside the gripping system allow a conclusion to the gripping force between the gripper and the carbon textile. Therefore, the gripping force can be adjusted to the special boundary conditions during the draping process.

[ 4 ] Kupzik, D.; Ballier, F.; Roller, T.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „Development and evaluation of separation concepts for the controllable release of tacky prepreg from handling devices“. Procedia CIRP, Hrsg. Lihui Wang, S. 574-579.
Abstract:
The handling and layup of unidirectionally reinforced thermoset prepreg patches is currently a largely manual process. To reduce labor costs and increase part quality, automated handling of the material is desired. However, laying down the prepreg is challenging due to the tack of some materials. This paper investigates various modifications to an existing vacuum gripping system to enable a reliable separation process between the prepreg and the gripping system. The investigation focuses on the improvement of the integrated pneumatic blow-off mechanism, the development of a mechanical separation system and the application of different suction pads.

[ 5 ] Roth, S.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „MATERIAL- & PROCESS CHARACTERIZATION OF FIBRE-METAL-ELASTOMER LAMINATE COMPONENTS WITH HIGH FORMING DEGREES“. Technologies for economical and multifunctional lightweight design and production, Hrsg. ITS automotive nord e.V., S. 1-9.
Abstract:
Hybrid material concepts provide a high variability in the resulting part properties, and thus are often applied to satisfy multiple component demands. Fibre-metal laminates (FML) are widely spread in aerospace applications and are being used for decades as they show a high lightweight potential and a good fatigue behaviour. However, a broad conventional use of hybrid laminates in the automotive sector is not existing until today. The high manufacturing costs, caused by the surface pre-treatment of the metal layer, as well as long process cycles and a limited formability of current laminates are not suitable for automotive applications. This paper presents an approach, which allows the processing of hybrid laminates for high-volume applications and enables high forming degrees of the manufactured parts. As an additional elastomer layer is used to separate the metal from the fibre reinforced layer, carbon fibre reinforced polymers (CFRP) can be used instead of conventional glass fibres, preventing a galvanic corrosion between carbon and the metal. In addition to the manufacturing process itself, the influence of the formability will be discussed with regards to the distribution of the laminate layers, determining achievable forming degrees of the manufactured fibre-metal-elastomer laminate (FMEL) specimen. The laminate behaviour during the forming of the uncured laminate will be described by analysing micro sections. Furthermore, the results of an experimental modal analysis will be presented in order to determine the damping properties of the investigated hybrid laminates.

[ 6 ] Kupzik, D.; Ballier, F.; Lang, J.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „Development and evaluation of concepts for the removal of backing foils from prepreg for the automated production of UD reinforced SMC parts“. Proceedings of the 18th European Conference on Composite Materials (ECCM18), Hrsg. European Society for Composite Materials (ESCM), S. 1-8.
Abstract:
Backing foil or paper needs to be removed from the raw material prior to the processing of Sheet-Moulding-Compound (SMC) or unidirectionally reinforced prepreg (UD-Tapes). In present automated production processes, this step is conducted after unrolling the raw material and prior to the cutting. In a process chain, which is conducted in the authors project, the backing foil needs to remain at the material after the cutting step. For these process chains, a method needs to be found to remove the backing foil from the material. In the state of the art, methods are shown to remove backing paper from prepreg. In this paper new methods are developed and tested for the removal of backing foil together with existing concepts. The main difficulty is the transition from backing paper to backing foil which has a higher tack to the material, is thinner and mechanically less strong. Concepts which are investigated use compressed air, mechanical forces or the stiffness of the foil. The application of compressed air is tested between foil and prepreg. Mechanical forces can either be introduced using grippers, brushes, friction to rubber or adhesive tape. The stiffness of the foil is used when removing it through bending the prepreg.

[ 7 ] Dackweiler, M.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „Filament winding for automated joining of lightweight profiles“, JEC Magazine, S. 25-26.
Abstract:
Hollow profiles made of fibre-reinforced composites are ideally suited for the production of highly rigid lightweight lattice structures. Due to their excellent mechanical properties, these structures follow the current trend of resource-efficient and thus environmentally friendly construction. Compared to the flat structures, however, there are still major challenges in the joining process of such profiles. Today, these are often circumvented by the use of additional metallic elements such as screws or node elements. However, the consequence of these joining techniques is usually damage to the fiber composite struc-ture and thus a weakening of the overall structure. For this reason, the wbk Institute of Production Engi-neering at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) has developed an innovative method of joining in order to be able to produce such lattice structures flexibly and with a high load-bearing capacity. With the aid of a kinematic system attached to a vertical articulated arm robot, consisting of a stator and a rotor rotating inside, individual rovings and towpregs can be applied to the joining zone of the profiles to be joined in a load-fair and non-destructive manner and thus generate both a load-bearing form and ad-hesive bond.

[ 8 ] Dackweiler, M.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „Fügewickeln - flexible Herstellung von Leichtbauverbindungen mit Hohlprofilen“, VDI-Z, S. 70-72.
Abstract:
Hohlprofile aus Faserverbundwerkstoffen eignen sich ideal zur Herstellung hochsteifer und gleichzeitig leichter Fachwerkstrukturen. Durch die hervorragenden mechanischen Eigenschaften folgen diese Strukturen dem aktuellen Trend ressourceneffizientem und somit umweltschonendem Bauen. Im Vergleich zu den flächigen Strukturen bestehen im Fügeprozess solcher Profile allerdings noch große Herausforderungen. Diese werden heute häufig durch den Einsatz zusätzlicher metallischer Elemente wie Schrauben oder Knotenelemente umgangen. Die Folge dieser Verbindungstechniken ist in der Regel allerdings eine Beschädigung die Faserverbundstruktur und somit einhergehend eine Schwächung der Gesamtstruktur. Aus diesem Grund wurde am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mit dem Fügewickeln ein innovatives Verfahren entwickelt, um solche Fachwerkstrukturen flexibel und mit hoher Tragfähigkeit herstellen zu können. Mit Hilfe einer an einem Vertikal-Knickarm-Roboter angebrachten Kinematik, bestehend aus einem Stator und einem darin drehenden Rotor, können hierbei einzelne Rovings und Towpregs lastgerecht und zerstörungsfrei an der Fügezone der zu verbindenden Profile aufgebracht werden und somit sowohl einen tragfähigen Form- als auch Stoffschluss erzeugen.

[ 9 ] Coutandin, S.; Brandt, D.; Heinemann, P.; Ruhland, P. & Fleischer, J. (2018), „Influence of punch sequence and prediction of wrinkling in textile forming with a multi-punch tool“, Production Engineering, S. 1-10. https://doi.org/10.1007/s11740-018-0845-9 [13.08.18].
Abstract:
Liquid composite moulding (LCM) processes show a high potential in automated, large scale production of continuous fibre-reinforced plastics (FRP). One of the most challenging steps is the forming of the two-dimensional textile material into a complex, three-dimensional fibre structure. In this paper, a multi-punch forming process is presented. The upper mould of a generic part geometry is divided into 15 independently controllable punches. Depending on the different punch sequences, draping effects as well as defects related to wrinkling and shearing of the textile material are investigated. It has been shown that the sequence of the punches has a significant influence on the final preform quality. To predict the resulting regions of wrinkling and shearing, a finite-element based simulation model is set up. Forming tests and simulations with different punch-sequences are then performed and evaluated for validation purposes. To make a statement about the global preform quality, different objective functions regarding wrinkling are presented and analysed.

[ 10 ] Kupzik, D.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „Entwicklung des vorrichtungsfreien Fügens zur Flexibilisierung des Karosserierohbaus“. Neue Robotertechnologien in Produktion, Montage und Service, Hrsg. Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke, S. 120-133.
Abstract:
Die Integration von elektrischen Antriebskomponenten in das Fahrwerk von Automobilen erhöht die Vielfalt der Karosserievarianten dramatisch und erfordert Änderungen in den Produktionsprozessen. Ein Ansatz besteht darin, den typischen Fertigungsprozess der Montagelinie durch ein Werkstattproduktionssystem zu ersetzen, wie es bereits in der Zerspanung der Fall war, bei der Transferlinien durch flexible Fertigungssysteme ersetzt wurden. Eine Voraussetzung für diese Verwandlung ist die Entwicklung einer flexiblen Fügezelle, die verschiedene Phasen des Fügevorgangs bei verschiedenen Fahrzeugvarianten durchführen kann. Ein Schritt bei der Entwicklung einer solchen Zelle ist der Ersatz von mechanischen Positionierungselementen, mit denen die relative Position der Teile vor dem Fügen definiert wird. Dabei erfolgt die Positionierung der Komponenten mit einem kamerabasierten Messsystem und einem Regelkreis zur Neuausrichtung der die Teile haltenden Roboter. In dieser Präsentation wurde beschrieben, wie das System in einer Demonstrationszelle entwickelt und implementiert wurde und es werden erste Messergebnisse präsentiert.

[ 11 ] Moll, P.; Jacob, A.; Schäfer, M.; Coutandin, S.; Fleischer, J. & Lanza, G. (2018), „Plattformbasiertes Geschäftsmodell für rekonfigurierbare Produktionsanlagen im Leichtbau“, zwf - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, S. 580-583. 10.3139/104.111961
Abstract:
Die Fertigung von Leichtbauprodukten in kleinen Stückzahlen stellt Anlagenbetreiber vor Herausforderungen. Um diesen zu begegnen, wird eine modular rekonfigurierbare Produktionsanlage vorgestellt. Ein durchgehender Engineering-Ansatz mit einheitlichen Modulbeschreibungen, einem nutzerfreundlichen Konfigurationstool und automatisierter Generierung des Steuerungscodes erlaubt eine Senkung des Inbetriebnahme- und Rekonfigurationsaufwands. Ein darauf fokussiertes plattformbasiertes Geschäftsmodell für Anlagenhersteller wird in diesem Beitrag vorgestellt.

[ 12 ] Kupzik, D.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „Flexibles vorrichtungsfreies Fügen“, VDI-Z, Band 160, S. 21-24.
Abstract:
Die steigende Variantenvielfalt im Automobilbau durch neue Modelle und elektrische Derivate motiviert ein Umdenken im Karosserierohbau. In SmartBodySynergy wird ein flexibler Karosserierohbau in Werkstattfertigung entwickelt. Für dessen Umsetzung sind flexible Fügezellen notwendig. In diesem Artikel wird der Einsatz einer vorrichtungsfreien, kamerageregelten Bauteilpositionierung für den Einsatz in varianten- und vorgangsflexiblen Fügezellen untersucht und eine Demonstratorzelle vorgestellt.