BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Teilform für ein Me- tallbearbeitungswerkzeug gemäß der Gattung des Patentanspruchs 1 . Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Teilform für ein Metallbearbeitungswerk- zeugs. Verfahren zum Herstellen von Teilformen für Metallbearbeitungswerkzeuge sind in zahlreichen Variationen bekannt. Solche Metallbearbeitungswerkzeuge umfassen in der Regel zwei zueinander komplementär ausgebildete Teilfor- men, zwischen welchen ein zu bearbeitendes Bauteil aus Blech angeordnet wird. Danach werden die beiden Teilformen gegeneinandergedrückt, wobei das Bauteil zwischen den beiden Teilformen gepresst und umgeformt wird. Zudem ist es bekannt, Bereiche von zumindest einer der Teilformen des Me- tallbearbeitungswerkzeugs durch einen Gießprozess mit Kunststoff zu be- schichten. Aus der DE 10 2016 213 375 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen einer ersten Teilform für ein Metallbearbeitungswerkzeug bekannt. Hierbei ist die erste Teil form als Niederhalter ausgebildet. Zum Herstellen der ersten Teilform wird ein Grundkörper aus Kunststoff bereitgestellt, dessen Oberfläche in mehrere Be- reiche aufgeteilt wird. An mindestens einem Bereich der Oberfläche des Grundkörpers wird mindestens eine Gussform angeordnet. Die mindestens eine Gussform und der mindestens eine Bereich der Oberfläche umschließen mindestens einen Hohlraum, welcher eine Negativform für eine auf dem min- destens einen Bereich aufzutragende Schicht aus Kunststoff bildet. In den mindestens einen Hohlraum wird Kunststoff gefüllt und ausgehärtet, wobei der Kunststoff an dem mindestens einen Bereich mit der Oberfläche des Grund- körpers verbunden und unter Bereitstellung der Schicht darauf aufgebracht wird.

Aus der DE 10 2016 213 375 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Her- steilen eines Metallbearbeitungswerkzeugs bekannt, welches eine erste Teil- form aufweist. Zum Herstellen der ersten Teilform wird ein Grundkörper aus Metall bereitgestellt, dessen Oberfläche in mehrere Bereiche aufgeteilt wird. Mindestens ein Bereich wird aufgeraut, wobei auf dem mindestens einen Be- reich eine Schicht aus Kunststoff befestigt wird, die mindestens eine Materi- aleigenschaft aufweist. Hierbei wird an dem mindestens einen Bereich der Oberfläche des Grund körpers mindestens eine Gussform angeordnet, wobei die mindestens eine Gussform und der mindestens eine bearbeitete Bereich der Oberfläche mindestens einen Hohlraum umschließen, welcher eine Nega- tivform für den auf dem mindestens eines Bereich aufzutragenden Kunststoff bildet. In den mindestens einen Hohlraum wird Kunststoff gefüllt und ausge- härtet, wobei der Kunststoff an dem mindestens einen Bereich mit der Ober- fläche des Grundkörpers verbunden und unter Bereitstellung der Schicht da- rauf aufgebracht wird.

Als nachteilig kann bei den bekannten Verfahren angesehen werden, dass Gießformen verwendet werden und der ausgehärtete Kunststoff in der Regel mechanisch nachbearbeitet werden muss. Daher sind mehrere Prozess- schritte und Hilfsbetriebsmittel, wie beispielsweise Gießformen erforderlich, um die Teilform herzustellen. Dies führt zu Aufwendungen in Bezug auf Pro- zesszeit und Kosten, wie beispielsweise für die Herstellung der Hilfsbetriebs mittel, für Härtezeiten, für Zwischentransporte, für manuelle Tätigkeiten, für Prozessschwankungen, für erhöhten Materialaufwand, da Kunststoff im Über- maß aufgegossen und weggefräst wird, etc.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Teilform für ein Metallbearbeitungswerkzeug bereitzustellen, welches eine kostengünstige Herstellung einer solchen Teilform für ein Metallbearbeitungs- werkzeug mit reduziertem Materialaufwand ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Teilform eines Metallbearbeitungswerkzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Teilform für ein Metallbearbeitungswerkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßi- gen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Um eine kostengünstige Herstellung einer Teilform für ein Metallbearbeitungs- werkzeug mit reduziertem Materialaufwand zu ermöglichen, wird Kunststoff mit mindestens einer vorgegebenen Materialeigenschaft zum Aufbau einer Schicht mittels einer Auftragsdüse auf mindestens einen Bereich eines metal- lischen Grundkörpers der Teilform aufgebracht, wobei die Auftragsdüse zum Aufträgen des Kunststoffes mit einem vorgebbaren Bewegungsmuster bewegt wird.

Vorzugsweise ist die Teilform für ein Metallbearbeitungswerkzeug zum Nie- derhalten eines Werkstücks ausgebildet. Hierbei kann die Oberfläche des Grundkörpers aus Metall eben oder mit mindestens einer Stufe oder mit min- destens einer Nut ausgeführt werden, wobei ein ebener Abschnitt der Oberflä- che des Grund körpers oder die mindestens eine Stufe oder die mindestens eine Nut jeweils einen Bereich ausbilden können, auf welchen die Schicht aus Kunststoff aufgebracht werden kann.

Die Grundidee der Erfindung besteht darin, im Rahmen der Anfertigung der Teilform für ein Metallbearbeitungswerkzeug automatisiert Kunststoff auf vor- gegebene Bereiche der Teilform aufzutragen, indem eine spezielle Auftrag s- düse verwendet wird. Durch die Auftragsdüse kann viskoser Kunststoff ge- presst und auf die vorgegebenen Bereiche aufgetragen werden, bis eine ge- wünschte Schichtdicke erreicht ist. Durch Abmessungen und Form der Auf- tragsdüse, welche je nach Auftragssituation automatisiert oder semi-automa- tisiert gewechselt werden kann, kann das gewünschte Kunststoffvolumen durch angepasste Vorschubgeschwindigkeit bzw. Relativbewegung endkon- turnah aufgetragen werden. Im Unterschied zum Stand der Technik wird der Kunststoff nicht unter zu Hilfenahme einer Schalung und/oder Gießform ge- gossen sondern mittels einer speziellen Auftragsdüse aufgetragen.

Bei Ausführungsformen der Erfindung kann ein entsprechend eingestellter vis- koser Kunststoff durch die Auftragsdüse gepresst werden, deren Querschnitts- form derart gestaltet ist, dass Höhe und Breite der Auslassgeometrie in Ver- bindung mit der Vorschubgeschwindigkeit ein exakt gewünschtes Volumen an Kunststoff an der definierten Stelle bzw. Strecke des Grundkörpers der Teil form realisieren. Der Kunststoff kann bezüglich seiner Konsistenz durch die Düsenform und Vorschubgeschwindigkeit und des angelegten Förderdruckes, mit der der Kunststoff durch die Düse gepresst wird, derart eingestellt werden, dass er die benötigte Kunststoffmenge end konturnah realisiert, unabhängig des Höhenverlaufes bzw. der Oberflächenstruktur des Grund körpers der Teil form . Zudem kann der Kunststoff bezüglich seiner Konsistenz derart einge- stellt werden, dass dieser in seiner Form stabil stehen bleibt und der Aushär- teprozess unmittelbar nach dem Auftrag beginnt. Die Düsenform kann bei spielsweise kreisförmig oder rechteckig oder oval je nach benötigter späterer Schichtform ausgeführt sein. Die Relativbewegung zwischen der Auftragsdüse und dem Grundkörper kann beispielsweise durch ein Mehrachsrobotersystem oder ein Linearachsensystem realisiert werden. Alternativ kann die Relativbe- wegung zwischen der Auftragsdüse und dem Grundkörper durch manuelle Führung freihändig durch geübten Anwender oder mit Nutzung eines An- schlagsystems ermöglicht werden. Zudem kann die Auftragsdüse mit einer Mischvorrichtung verbunden werden, in welcher mehrere Komponenten, wie beispielsweise ein Basiskunststoff und ein Härter gemischt werden können. Je nach Auftragsvolumen und in Abhängigkeit der Geometrie der aufzubauenden Schicht kann die Auftragsdüse zum Aufträgen des Kunststoffs linear oder me- anderförmig bewegt werden.

Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen einen endkonturnahen Auftrag des Kunststoffs mit einem exakten Materialverbrauch ohne Abfall. Dadurch ist bei solchen Ausführungsformen keine Nachbearbeitung der aufgebrachten Schicht erforderlich, so dass sich eine kurze Prozesszeit und Durchlaufzeit ergibt. Bei Bedarf können die zu beschichtenden Bereiche vor dem Kunststoffauftrag automatisiert mechanisch vorbereitet werden. So können beispielsweise zusätzliche Löcher oder andere vertiefende Geometrien in den Grundkörper der Teilform eingebracht werden, um einen Formschluss zu er reichen. Zudem kann die Oberfläche der zu beschichtenden Bereiche mittels thermischer und chemischer Verfahren vorbehandelt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die mindestens eine Materialeigenschaft der Schicht aus Kunststoff eine Art des Kunststoffs, eine Federhärte bzw. ein E-Modul des Kunststoffs, ein Reibwert des Kunststoffs und/oder eine Dicke der Schicht betreffen.

Durch Vorsehen mindestens einer Schicht aus Kunststoff mit mindestens einer Materialeigenschaft kann der Reibwert bzw. Reibkoeffizient in jenem Bereich der Oberfläche der ersten Teilform, auf der die mindestens eine Schicht aus Kunststoff aufgebracht ist, und dem zu bearbeitenden Bauteil aus Metall er höht werden, wohingegen ein Reibwert zwischen zwei Teilen aus Metall in der Regel geringer ist. Somit kann bei Einsatz der Teilform eine Normalkraft bzw. Niederhaltekraft, die zwischen zwei Teilformen des Metallbearbeitungswerk- zeugs bei einem Umformen des zu bearbeitenden Bauteils aufzubringen ist, bei gleichbleibender Haltekraft bzw. Rückhaltekraft reduziert werden. Durch Reduktion der Niederhaltekraft kann das Bauteil durch die mindestens eine Schicht aus Kunststoff nicht verformt bzw. plastifiziert werden. Ferner können mit dem Metallbearbeitungswerkzeug ansonsten auftretende Zugkräfte, die bei einem Prozess wie Schneiden, Verformen und/oder Prägen auftreten kön- nen, vermindert werden, wodurch auch ein Verzug des Bauteils oder Oberflä- chenfehler des umgeformten Bauteils vermieden werden kann.

Durch gezieltes Festlegen des mindestens einen Bereichs auf der Oberflä- che der Teilform und durch Auswahl der mindestens einen Materialeigen- schaft des Kunststoffs und/oder der Dicke der Schicht zwischen dem min- destens einen Bereich, auf dem die mindestens eine Schicht Kunststoff auf- getragen ist, und mindestens einem weiteren Bereich der Oberfläche der Teilform, welcher lediglich aus Metall gebildet ist, können für das umzufor- mende Bauteil veränderliche Traganteile erreicht werden. Durch den mindestens einen weiteren Bereich der Oberfläche der ersten Teilform aus Metall, beispielsweise aus Stahl, kann ein Ausweichen des üblicherweise blechförmigen zu bearbeitenden Bauteils beim Umformen vermieden wer den. Eine Verteilung einer Kraft zwischen der Oberfläche der Teilform und dem zu bearbeitenden Bauteil kann unter anderem durch die Höhe bzw. Di- cke der Schicht aus Kunststoff, eine Form der Fläche des mindestens einen mit Kunststoff beschichteten Bereichs und eine Art bzw. Sorte und/oder Zu sammensetzung des Kun Stoffs gesteuert werden. Üblicherweise wird ledig lich eine der beiden Teilformen mit Kunststoff beschichtet, wobei die zweite Teilform aus Metall eine Gegengeometrie zu der ersten, teilweise mit Kunst stoff beschichteten Teilform bildet, wobei hierdurch eine hohe maßliche Ge- nauigkeit des umzuformenden Bauteils gewährleistet werden kann.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Bewegungsmuster durch eine Auftragsvorrichtung oder durch ma nuelle Führung der Auftragsdüse ausgeführt werden. Die Auftragsvorrichtung kann beispielsweise als Mehrfachrobotersystem oder Linearachsensystem ausgeführt werden. Die manuelle Führung der Auftragsdüse kann beispiels weise in Kombination mit einem Anschlagsystem erfolgen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf mindestens zwei unterschiedlichen Bereichen der Oberfläche des Grundkörpers Schichten aus Kunststoff aufgebracht werden, die sich durch mindestens eine Materialeigenschaft voneinander unterscheiden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann der mindestens eine Bereich vor dem Kunststoffauftrag zunächst mecha- nisch und/oder thermisch und/oder chemisch vorbehandelt werden. Dadurch kann die Haftung des Kunststoffs auf dem metallischen Grundkörper verbes- sert werden.

Vorzugsweise kann die Schicht aus Kunststoff endkonturnah aufgetragen wer- den. Bei Bedarf kann die aufgetragene Schicht aus Kunststoff beispielsweise durch Fräsen mechanisch nachbehandelt werden. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskom- binationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinati- onen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Er findung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit ge- zeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine schematische und ausschnittsweise Darstellung eines Aus- führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Teilform während der Fierstellung.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, weist eine zum Niederhalten eines Werkstücks ausgebildete Teilform 1 für ein Metallbearbeitungswerkzeug einen Grundkör- per 3 aus Metall, dessen Oberfläche in mehrere Bereiche 5, 7 aufgeteilt ist. Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, wird auf mindestens einen Bereich 5 eine Schicht 9 aus Kunststoff aufgebracht, welche mindestens eine vorgegebene Materialeigenschaft aufweist.

Erfindungsgemäß wird der Kunststoff mit einer Auftragsdüse 20 auf den min- destens einen Bereich 5 des Grundkörpers 3 aufgebracht, wobei die Auftrag s- düse 20 zum Aufträgen des Kunststoffes mit einem vorgebbaren Beweg ungs- muster bewegt wird.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, weist der Grundkörper 3 im dargestellten Ausführungsbeispiel der Teilform 1 eine am Rand angeordnete Stufe auf, wel- che den mindestens einen Bereich 5 ausbildet, auf welchen die Schicht 9 aus Kunststoff aufgebracht wird. Zudem weist die Oberfläche des Grund körpers 3 rein metallische Bereiche 7 auf. Bei einem nicht dargestellten Ausführungsbei- spiel der erfindungsgemäßen Teilform 1 ist die Oberfläche des Grund körpers 3 mit mindestens einer Nut ausgeführt, welche den mindestens einen Bereich 5 ausbildet, auf welchen die Schicht 9 aus Kunststoff aufgebracht wird. Bei einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemä- ßen Teilform 1 ist die Oberfläche des Grundkörpers 3 eben ausgeführt, wobei ein Abschnitt der ebenen Oberfläche des Grundkörpers 3 den mindestens ei- nen Bereich 5 ausbildet, auf welchen die Schicht 9 aus Kunststoff aufgebracht wird, so dass die aufgebrachte Schicht 9 sich von der Oberfläche des Grund- körpers 3 erhebt.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, weist die Auftragsdüse 20 im dargestellten Ausführungsbeispiel eine obere erste Spachtel 22, welche auf einem benach- barten metallischen Bereich 7 aufliegt, und eine seitliche zweite Spachtel 24 auf, welche an einem benachbarten metallischen Bereich 7 anliegt. Die beiden Spachteln 22, 24 verhindern, dass der aufgetragene Kunststoff auf die be- nachbarten metallischen Bereiche 7 gelangt, die nicht beschichtet werden sol- len. Dadurch wird die Schicht 9 aus Kunststoff endkonturnah aufgetragen, so dass eine mechanische Nachbearbeitung entfallen kann. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird der metallische Grundkörper 3 durch Fräsen mecha- nisch vorbehandelt, um den als Stufe ausgeführten Bereich 5 auszubilden, auf welchen der Kunststoff aufgetragen werden soll. Zudem wird der zu beschich- tende Bereich 5 vor dem Kunststoffauftrag zunächst thermisch und/oder che- misch vorbehandelt, um die Haftung des aufgetragenen Kunststoffs zu ver- bessern. Bei Bedarf kann die aufgetragene Schicht 9 aus Kunststoff mecha- nisch nachbehandelt werden.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich ist, ist die Auftragsdüse 20 mit einer Auftrags- Vorrichtung 10 gekoppelt, welche das Bewegungsmuster ausführt. Die Auf- tragsvorrichtung 10 umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiele einen An- trieb 12, einen Aktuator 14 mit mehreren Gelenken 16.1 , 16.1 und einen Schlauch 18, weicher den aufzutragenden Kunststoff zur Auftragsdüse 20 för- dert. Der Schlauch 18 ist mit einer nicht dargestellten Mischvorrichtung ver- bunden, welcher verschiedene Materialine mischt, um den Kunststoff mit einer gewünschten Konsistenz und der mindestens einen Materialeigenschaft zur Verfügung zu stellen. Die Auftragsvorrichtung 10 führt die Kunststoffdüse 20 dreidimensional mit einer Geschwindigkeit zwischen 0,1 bis über 10m/min ent lang einer vorgegebenen Bewegungsrichtung BR. Passend zur Geometrie der aufzubauenden Schicht 9 kann die Auftragsdüse 20 gewählt oder variabel ge- wechselt werden. Durch die Mischvorrichtung kann das Volumen des aufzu- tragenden Kunststoffs exakt bezüglich Schichtdicke und Schichtbreite dosiert werden. Dadurch ist das Volumen des aufzutragenden Kunststoffs sogar frei- programmierbar je nach Bereich dosiert werden. Auch die chemische Zusam- mensetzung des aufzutragenden Kunststoffs ist über die Mischvorrichtung bzw. eine Dosiereinheit spezifisch programmierbar. Somit kann die mindes- tens eine Materialeigenschaft der Schicht aus Kunststoff, wie beispielsweise Art des Kunststoffs, Federhärte bzw. E-Modul des Kunststoffs, Reibwert des Kunststoffs usw. einfach eingestellt und vorgegeben werden. Zudem kann über die Mischvorrichtung ein härtendes Material einfach einem Basiskunst- stoff zugeführt werden, um den Aushärtungsprozess direkt nach dem Auftrag auslösen zu können. Alternativ kann die Aushärtung des aufgetragenen Kunststoffs über thermische Verfahren erfolgen.

Zudem kann der Grundkörper 3 bei Bedarf mittels eines Drehschwenktisches mitgeführt werden, um eine gewünschte Wannenlage und/oder Zugänglichkeit zu erreichen.

Bei nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispielen ist die Auftragsvor- richtung 10 als Mehrfach robotersystem oder als Linearachsensystem ausge- führt. Bei einem Mehrfachrobotersystem können mehrere Auftragsdüsen in ei- ner vorgegebenen Reihenfolge zum Aufträgen des Kunststoffs verwendet wer- den.

Bei einem weiteren nicht dargestellten alternativen Ausführungsbeispiel wird das Bewegungsmuster durch manuelle Führung der Auftragsdüse 20 vorge- geben. Hierbei kann die Relativbewegung zwischen Auftragsdüse 20 und Grundkörper 3 freihändig durch geübten Anwender oder in Kombination mit einem Anschlagsystem erzeugt werden. Das Anschlagsystem kann sogenannte Distanz- und Ausrichtsteine umfassen, welche entlang einer zuvor gefrästen oder angegossenen Kante geführt werden können, wobei die Kante zur Begrenzung des Kunststoffvolumens dient. In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können auf mindes- tens zwei unterschiedlichen Bereichen 5 der Oberfläche des Grundkörpers 2 Schichten 9 aus Kunststoff aufgebracht werden, die sich durch mindestens eine Materialeigenschaft voneinander unterscheiden. Bei Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können alle Her- stellungsschritte, wie bei Bedarf thermische, chemische und/oder mechani- sche Vorbearbeitung, Auftrag des Kunststoffs und bei Bedarf mechanische Nachbearbeitung in vorteilhafter weise in einer Bearbeitungszelle erfolgen.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 Teilform

3 Grundkörper

5 erster Bereich

7 zweiter Bereich

9 Kunststoffauftrag

10 Auftragsvorrichtung

12 Antrieb

14 Aktuator

16.1 , 16.2 Gelenk

18 Schlauch

20 Auftragdüse

22, 24 Spachtel

BR Bewegungsrichtung