Rauheit

S. Burghardt (02.2021) MINTwiki.de/Rauheit (In Bearbeitung)

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Die Rauheit (oder äquivalent Rauigkeit, engl. surface roughness) ist eine Oberflächeneigenschaft eines Festkörpers. In technischer Hinsicht beschreibt sie die Gestaltabweichung dritter bis fünfter Ordnung (nach DIN 4760) der durch entsprechende Fertigungsmethoden hergestellten Istoberfläche von der Solloberfläche, die durch eine technische Zeichung oder ein Modell vorgegeben wird. Somit bezieht sich die Rauheit auf kurzwellige Abweichungen in Form von Rillen, Riefen, Schuppen, Kuppen und letzlich der Gefügestruktur. Für den Konstrukteur ergibt sich hier immer wieder die Fragestellung, welche Rauheit bei der Gestaltung von Teilen und Baugruppen anforderungsbezogen verwendet werden sollte und was mit welchen technischen Mitteln und den damit verbundenen Fertigungskosten erreichbar ist.

Profilfilter und Grenzwellenlängen

Periodisch	Aperiodisch
[math] \mathsf{R_{Sm}} / \mathrm{mm} [/math]	[math] \mathsf{Ra} / \mathrm{\mu m}[/math]	[math] \mathsf{Rz} / \mathrm{\mu m}[/math]	[math] \mathsf{\lambda_c} / \mathrm{mm}[/math]	[math] \mathsf{l_n} [/math]
[math] \gt 0,013 \le 0,04[/math]	[math] \le 0,02[/math]	[math] \le 0,1[/math]	[math] 0,08 [/math]	[math] 0,4 [/math]
[math] \gt 0,04 \le 0,13[/math]	[math] \gt 0,02 \le 0,1[/math]	[math] \gt 0,1 \le 0,5[/math]	[math] 0,25 [/math]	[math] 1,25 [/math]
[math] \gt 0,13 \le 0,4[/math]	[math] \gt 0,1 \le 2[/math]	[math] \gt 0,5 \le 10[/math]	[math] 0,8 [/math]	[math] 4 [/math]
[math] \gt 0,4 \le 1,3[/math]	[math] \gt 2 \le 10[/math]	[math] \gt 10 \le 50[/math]	[math] 2,5 [/math]	[math] 12,5 [/math]
[math] \gt 1,3 \le 4[/math]	[math] \gt 10 \le 80[/math]	[math] \gt 50 \le 200[/math]	[math] 8 [/math]	[math] 40 [/math]

Zunächst wird das Primärprofil der Oberfläche durch optische oder taktile verfahren ermittelt. Anschließend muss über die auszuwertende Taststrecke, [math] \mathsf{l_n} [/math] entschieden werden. Als Abgrenzung zur Welligkeit wird eine Grenzwellenänge [math] \lambda_c [/math] festgelegt, die sich nach Fall und Anwendung unterscheiden kann. Beides ist z.B. in ISO 4288 festgelegt, wobei man hier periodische und aperiodische Profile unterscheidet. Bei periodischen Profilen ermittelt man zunächst den Riefenabstand, [math] \mathsf{R_{Sm}} [/math], woran sich dann die Wahl der Taststrecke und der in Profilfilter einzustellenden Grenzwellenlänge orientiert.

Gleiches gilt für die Abgrenzung [math] \lambda_s [/math] zu den extrem kurzwelligen Oberflächenfehlern, die die Gitterstruktur des Werkstoffs betreffen.

Gebräuchliche Rauheitskennwerte

Wird das Profil einer Oberfläche über eine Prüfstrecke [math] \mathsf{l_n }[/math] gemessen, dann kann man aus der Messreihe aus [math] n [/math] Profilhöhen [math] \mathsf{z_n} [/math] verschiedene Rauheitskennwerte ermitteln. Der gebräuchlichste ist der arithmetische Mittenrauwert [math] \mathsf{Ra} [/math], der allerdings wenig sensitiv auf vereinzelte Profilspitzen reagiert. Sollten diese von Bedeutung sein, dann sind die Rautiefenwerte [math] \mathsf{Rt} [/math] oder [math] \mathsf{Rz} [/math] aussagekräftiger.

Parameter	Symbol	Beschreibung	Formel
arithmetischer Mittenrauwert	[math] \mathsf{R_a} [/math]	arithmet. Mittelwert der Messwertbeträge	[math] \dfrac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} |z_i-\overline{z}| [/math]
quadratischer Mittenrauwert	[math] \mathsf{R_q} \; \textsf{oder} \; \mathsf{R_{rms}} [/math]	Standardabweichung d. Messwerte (RMS-Wert)	[math] \sqrt{ \dfrac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \left( z_i -\overline{z} \right)^2 } [/math]
maximale Rautiefe	[math] \mathsf{Rt} [/math]	Spitze-Spitze-Abstand des R-Profils	[math] \max (z_i) - \min (z_i) [/math]
gemittelte Rautiefe	[math] \mathsf {Rz} [/math]	Standardabweichung d. Messwerte (RMS-Wert)	[math] \dfrac{1}{5} \sum_{i=1}^{5} Rt_{i} [/math]

Darstellung in technischen Zeichnungen

Nach DIN EN ISO 1302 gibt es ein Symbol, das die Angabe der zulässigen Rauheit in technischen Zeichnungen kennzeichnet. Es ist in den meisten CAD-Programmen vordefiniert, wobei dann fünf Felder gefüllt werden können:

• [math]F[/math] : Hier kann das Fertigungsverfahren angegeben werden (im Partizip II, z.B. "geschliffen").
• [math]R1[/math] : Angabe der Oberflächenbeschaffenheit angegeben
• [math]R2[/math] : ggf. eine zweite Angabe zur Oberflächenbeschaffenheit
• [math]T[/math] : Symbol für Oberflächenrillen
• [math]Z[/math] : Bearbeitungszugabe in mm

Fertigungsverfahren (F)

Abb.2: Rauheitssymbol mit Fertigungsverfahren: (a) alle Fertigungsverfahren erlaubt (b) kein Materialabtrag erlaubt (c) Materialabtrag erforderlich (d) gleiche Oberflächenspezifikation an allen Außenumrissflächen

Die erreichbare Rauheit hängt vom Fertigungsverfahren ab. Die feinsten Oberflächenrauheiten lassen sich mit Läpp- und Polierverfahren erreichen. Andererseits gibt es auch Verfahren, die die Oberflächenrauheit gezielt vergrößern (Z.B. Mattierung durch Druckluftstrahlen mit festem Strahlmittel).

Verfahren	Erreichbare Mittenrauwerte Ra in µm			Erreichbare gemittelte Rautiefe Rz in µm
	fein	mittel	grob	fein	mittel	grob
Umfang- und Stirnfräsen	0,4	1.6-12	25
Räumen	0,4	1,6-10,35	25
Plandrehen	0,4	1,6-12	50
Längsdrehen	0,2	0,8-12	50

Messverfahren

Zunächst kann man taktile und optische Verfahren unterscheiden. Bei der taktilen Messung wird ein eindimensionales Tastschnittprofil der Oberfläche erfasst.

Literatur

Die Definition d. Rauheitskenngrößen ist genormt in der ISO 4287 bzw. DIN EN 4287. Gestaltabweichungen, zu denen u.a. die Rauheit gehört, sind in der DIN 4760 klassifiziert. Die wichtigsten Informationen dazu findet man in zahlreicher Sekundärliteratur, u.a.:

• H. Hoischen u. W. Hesser (2005) 'Technisches Zeichnen', 30. Auflage, Cornelsen Verlag, Berlin, ISBN 978-3-589-24110-1
• W. Dax, N. Drozd, W-D. Gläser, H. Itschner, G. Knotsch, J. Slaby, A. Weiß (2005) 'Tabellenbuch für Metalltechnik', 11. Auflage, Handwerk u. Technik, Hamburg, ISBN 978-3-582-03291-1