Im Rahmen des DFG-geförderten Schwerpunktprogramms 2402 werden in Aachen Ansätze und Methoden erforscht, die dazu beitragen, die Genauigkeit von Verschleißprognosen beschichteter Zerspanwerkzeuge zu erhöhen.
Dezember 2025 – Die Hochleistungszerspanung stellt hohe Anforderungen an Werkzeuge – sowohl an deren Materialien und Beschichtungen als auch an das Design und die eingesetzten Fertigungsprozesse. Gleichzeitig wächst der Druck, nachhaltiger zu produzieren. Auf der SPP 2402-Konferenz in Aachen vom 30. September bis 1. Oktober 2025 wurde dieser Themenkomplex zwischen Industrie und Forschung diskutiert.
Die Forschung des Schwerpunktprogramms (SPP) 2402 konzentriert sich auf die Entwicklung von Greybox-Modellen zur Qualifizierung beschichteter Werkzeuge für die Hochleistungszerspanung. Diese verbinden physikalische und numerische Modelle mit datenbasierten Ansätzen, um den Zustand von Zerspanwerkzeugen – insbesondere deren Verschleiß – während des Einsatzes besser vorhersagen zu können.
Auf der Konferenz wurden erste Ergebnisse aus der interdisziplinären Zusammenarbeit von Fertigungstechnik, Werkstofftechnik, Qualitätswissenschaft und Informatik vorgestellt. Ergänzt wurde das Programm durch Beiträge aus der Industrie, unterstützt vom Industriebeirat (IAB) des SPP 2402. Insgesamt wurden 24 Fachbeiträge präsentiert, begleitet von einer Posterausstellung und Institutsführungen an den RWTH-Instituten MIT (Prof. Thomas Bergs), IWM (Prof. Christoph Broeckmann) und IOT (Prof. Kirsten Bobzin). Rund 70 Teilnehmende waren vor Ort.
Bild 1: Bild 2: Professor Bobzin eröffnet die SPP 2402-Konferenz in Aachen | Quelle: IOT, RWTH Aachen University
Bild 2: Im Industrial Advisory Board (IAB) des SPP 2402 vertretene Unternehmen | Quelle: IOT, RWTH Aachen University
Von White- und Blackbox zu Greybox
Ein zentrales Ziel des SPP 2402 ist es, das Verhalten beschichteter Hartmetallwerkzeuge im realen Einsatz besser zu verstehen und vorherzusagen. Bisherige Modelle reichen dafür nicht aus – sie können weder den Beginn des Werkzeugversagens noch den weiteren Verschleißverlauf oder die verbleibende Lebensdauer zuverlässig bestimmen. Das erschwert die gezielte Auswahl geeigneter Werkzeuge für neue oder effizientere Zerspanprozesse. Um ein tiefergehendes Verständnis zu erlangen, muss das tribologische System der Zerspanung umfassender und ganzheitlicher ausgewertet und analysiert werden. Die schnell voranschreitende Digitalisierung bietet zunehmend Möglichkeiten, diesen vielfältigen Herausforderungen gerecht zu werden.
Hier setzt das SPP 2402 und dessen Konzept der Greybox-Modelle an: Die Fortschritte in der Forschung auf den Gebieten der Zerspantechnologie, Beschichtungstechnik, Werkstofftechnik und Qualitätswissenschaft ermöglichen es, gemeinsam eine neue Methodik für die verbesserte Analyse des Verhaltens beschichteter Werkzeuge im Zerspanprozess zu entwickeln. Als Schlüssel werden die erfassten, aber zum Großteil ungenutzten großen Datenmengen in der Forschung gesehen. Das übergeordnete Forschungsziel des SPP 2402 ist, die bisher erarbeitete und vorliegende deterministische Modellwelt (Whitebox) mit einer neuen, zu beforschenden datengetriebenen Modellwelt (Blackbox) in Greybox-Modellen zu kombinieren. Damit werden dann die rein deterministisch nicht beschreibbaren zeitlichen Veränderungen der Werkzeuge im Einsatz bis hin zum Standzeitende erfasst. Die robusten, aber ungenauen Prognosen aus Whitebox-Modellen werden mithilfe datengetriebener und lernfähiger Blackbox-Modelle in ein präzises Zielfenster konvergiert. Die Greybox-Modelle basieren auf deterministischen Modellen und können mithilfe von Messdaten aus dem laufenden Produktionsprozess angepasst werden. Das Systemverhalten der Werkzeuge ist Teil der Modelle, um die zeitabhängigen Veränderungen der Werkstoffeigenschaften und des Beanspruchungskollektivs während der Zerspanung zukünftig zu berücksichtigen.
Das Schwerpunktprogramm ist für einen Förderzeitraum von zwei mal drei Jahren ausgelegt. Schwerpunkte der ersten Phase, Beginn Juni 2023, sind die Datenerfassung und der Aufbau der Greybox-Modelle.
Mehr Informationen
https://www.spp2402.rwth-aachen.de
Förderer
DFG – Deutsche Forschungsgemeinschaft
Ansprechpartner
Institut für Oberflächentechnik (IOT)
RWTH Aachen
Prof.‘in Kirsten Bobzin
Institutsleiterin
Tel.: +49 (0)241 80 95327
E-Mail: info@iot.rwth-aachen.de
Dr. Christian Kalscheuer
Oberingenieur
Tel.: +49 (0)241 80 96512
E-Mail: kalscheuer@iot.rwth-aachen.de
Downloads:
Darstellung des im SPP 2402 verfolgten Greybox-Ansatzes | Quelle: IOT + MTI, RWTH Aachen University
Professor Bobzin eröffnet die SPP 2402-Konferenz in Aachen | Quelle: IOT, RWTH Aachen University
Im Industrial Advisory Board (IAB) des SPP 2402 vertretene Unternehmen | Quelle: IOT, RWTH Aachen University