Rautiefe (Oberflächengüte)
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metallschleiferei Lexikon: Rautiefe (Oberflächengüte)
 

Rauheit oder veraltet und nicht mehr normgerecht Rauigkeit oder Rauhigkeit ist ein Begriff aus der Oberflächenphysik, der die Unebenheit der Oberflächenhöhe bezeichnet. Zur quantitativen Charakterisierung der Rauheit gibt es unterschiedliche Berechnungsverfahren, die jeweils auf verschiedene Eigenheiten der Oberfläche Rücksicht nehmen. Durch Polieren, Schleifen, Honen, Beizen oder Sandstrahlen kann die Oberflächenrauheit beeinflusst werden.

Der Begriff Rauheit bezeichnet weiterhin eine Gestaltabweichung dritter bis fünfter Ordnung bei technischen Oberflächen nach DIN 4760. Die Rauheit einer technischen Oberfläche wird in den Oberflächenangaben der Technischen Zeichnung spezifiziert.

Vor allem in der Technik ist die Rauheit sehr wichtig, zum Beispiel bei technischen Gleit- oder Sichtflächen. Die Messung erfolgt üblicherweise mit Hilfe eines Rauheitsmessgerätes (Tastschnittgerät). Eine visuelle und optische Prüfung der Rauheit ist mittels Rugotest möglich, aber nicht von der GPS-Normenkette abgedeckt.

Eine weitere Möglichkeit der Messung bietet die Konoskopische Holografie.
Es werden im Alltag grundsätzlich drei Rauheitsangaben verwendet, die in der Einheit μm angegeben werden.

mittlere Rauheit, dargestellt durch das Symbol Ra, gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes -auf der Oberfläche- zur Mittellinie an. Die Mittellinie schneidet innerhalb der Bezugsstrecke das wirkliche Profil so, dass die Summe der Profilabweichungen (bezogen auf die Mittellinie) minimal wird.

Die mittlere Rauheit Ra, entspricht also dem arithmetischen Mittel der Abweichung von der Mittellinie. In zwei Dimensionen berechnet sie sich aus:
R_a = \frac{1}{M \, N}\, \sum_{m=1}^{M} \sum_{n=1}^{N} \left\vert z \left( x_m,y_n \right) - \left\langle z \right\rangle \right\vert


wobei der Mittelwert durch

\left\langle z \right\rangle= \frac{1}{M \, N} \sum_{m=1}^{M} \sum_{n=1}^{N} z \left( x_m,y_n \right)

berechnet wird.

Etwas leichter vorstellbar ist die mittlere Rauheit (in einer Dimension) als die Höhe des Rechtecks, das die gleiche Länge wie die zu untersuchende Strecke und den gleichen Flächeninhalt wie jene Fläche zwischen Bezugshöhe und Profil hat.


quadratische Rauheit (englisch rms-roughness = root-mean-squared roughness: Wurzel des Mittelquadrates) wird aus dem Mittel der Abweichungsquadrate berechnet und entspricht dem „quadratischen Mittel“


R_{q} = \sqrt{ \frac{1}{M \, N}\, \sum_{m=1}^{M} \sum_{n=1}^{N} \left( z \left( x_m,y_n \right) - \left\langle z \right\rangle \right)^2}


gemittelte Rautiefe (auch Zehnpunkthöhe), dargestellt durch das Symbol Rmax, wird folgendermaßen ermittelt.

Eine definierte Messstrecke auf der Oberfläche des Werkstücks wird in sieben gleich große Einzelmessstrecken eingeteilt. Die Auswertung erfolgt aber nur über 5 Einzelmessstrecken, da der anzuwendene Gauß-Filter eine halbe Einzelmessstrecke Vor- bzw. Nachlauf benötigt, respektive eine Faltung ein nicht zu unterschätzendes Ein- und Auslaufverhalten aufweist.

Von jeder dieser Einzelmessstrecken wird die Differenz aus maximalem und minimalem Wert des Profils ermittelt.

Aus den somit erhaltenen fünf Werten wird der Mittelwert gebildet.

Dieser Kennwert ist nicht zu verwechseln mit Rz. Rz ist definiert als RpRv bezogen auf die Gesamtmessstrecke, im Normalfall also 5 Einzelmessstrecken. Die GPS-Normenkette sieht allerdings auch andere Messkonstellationen vor.

Diskussion der Rauigkeitsparameter

Rauheit von verschiedenen Oberflächen
siehe Text

Wie in Bild 1 vereinfacht für eine Dimension zu sehen ist, sind die mittlere Rauheit und die quadratische Rauheit nur von der absoluten Abweichung der Höhe vom Mittelwert abhängig, aber nicht von der Verteilung der Höhenwerte über die Fläche. So ergibt sich beispielsweise für die mittleren Rauheiten in den Bildern A und C Ra = 2 und Rq = 2, während die Werte für Bild B sich zu Ra = 1 und Rq = 1 berechnen

Es hat sich im Maschinenbau bis dato nicht herumgesprochen, dass es für das oben genannte Problem Lösungen in der GPS-Normenkette gibt. Hier sind anzuführen die Kennwerte aus der Abbott-Kurve und die Amplituden-Dichte-Kurve. Weiterhin ist anzumerken, dass der Unterschied zwischen Welligkeit und Rauheit bei vielen Konstrukteuren nicht angekommen ist. So sagt die Rauheit eines Werkstückes zum Beispiel etwas über die Qualität des Werkzeuges, die Welligkeit jedoch etwas über die Qualität der Maschine aus. Es tritt also gehäuft auf, dass bei Qualitätsproblemen die Rauheitsanforderungen extrem gesteigert werden, die das Problem verursachende Welligkeit aber bei der Rauheitsmessung „weggefiltert“ wird. Die GPS-Normenkette definiert alle Raukennwerte auch als Welligkeitskennwerte. Unterschied ist nur die jeweilige „Cut off“-Frequenz. Welligkeitskennwerte werden mit dem Präfix „W“ gekennzeichnet.

Ra und Rq sind also ungeeignet, um Aussagen über die Ortsfrequenz der Unebenheiten zu treffen. Es gilt also zu erst die Wellenlänge der kritischen Strukturen zu ermitteln. Hieraus ergibt sich, ob „P“, „R“ oder „W“-Kennwerte zu spezifizieren sind. Hiernach ist zu entscheiden, ob die kritischen Eckpunkte eher aus dem Profil, der Abbott-Kurve oder der Amplituden-Dichte-Kurve zu ersehen sind. Erst hiernach ist eine Festlegung auf einen Messwert zur Qualitätssicherung sinnvoll.


Rautiefe (pdf) - weitere Infos




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