So wählen Sie die richtige Bauteiloberfläche aus – Basiswissen rund um die Oberflächenrauheit
Oberflächenrauheit und Oberflächenhärte sind wichtige Eigenschaften, die bei der Auswahl von Bauteilen berücksichtigt werden müssen. Obwohl es verschiedene Methoden gibt, die Rauheit bzw. Rauigkeit der Oberfläche eines Bauteils zu messen, müssen diese Messungen häufig in ein Standardmaß umgerechnet werden. Dieser Artikel erklärt, wie Rauheitseigenschaften gemäß den Standards JIS B 0031, JIS B 0601, DIN EN bzw. ISO ermittelt werden können.
Was ist Oberflächenrauheit?
In den meisten Fällen weisen die Oberflächen von Werkstoffen keine regelmäßige Struktur auf, sondern enthalten Abweichungen, die in Rauheit, Welligkeit und Formgestalt unterteilt werden.
Der Begriff Oberflächenrauheit bzw. Rauheit beschreibt die Unebenheit der Oberflächenhöhe. Um die Rauheit zu quantifizieren, gibt es unterschiedliche Berechnungsverfahren, die verschiedene Eigenschaften der Oberfläche berücksichtigen.
Die Oberflächenrauheit kann durch verschiedene Methoden wie Polieren, Schleifen oder andere Oberflächenbehandlung beeinflusst werden. Auch Korrosion und Abnutzungsverhalten spielen eine Rolle.
Wie wird die Oberflächenrauheit typischerweise berechnet?
Für die Berechnung von Bauteilen sind folgende Kenngrößen von Bedeutung:
- Rauheitskurve = gemessene Oberflächenbeschaffenheit (2D)
- Ra = arithmmetischer Rauheitsdurchschnitt
- Rz = Zehn-Punkt-Rauheitsdurchschnitt
- Ry = Maximale Höhe
- Rmr = Materialanteil bzw. Traganteil
1. Oberflächenbeschaffenheit messen und Rauheitskurve ermitteln
Um die Oberflächenbeschaffenheit von Werkstoffen und Bauteilen umfassend und qualitativ hochwertig zu überprüfen, ist es notwendig, die Oberfläche in ihrer Gesamtheit zu betrachten und zu analysieren. Hierfür werden abtastende Messspitzen oder Tastschnittgeräte verwendet, um die vertikale Auslenkung der Tastspitze über die Bauteiloberfläche zu erfassen. Dadurch kann die Information über die Oberfläche entlang eines Profils (2D) gewonnen werden, die als Rauheitskurve angegeben wird. Um eine umfassende und qualitativ hochwertige Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit zu gewährleisten, muss die Oberfläche in ihrer Gesamtheit betrachtet und analysiert werden.
2. Durchschnittsrauigkeit Ra ermitteln
Nach dem Ermitteln der Rauheitskurve, den Teil davon “ausschneiden”, der sich über eine Referenzlänge ℓ in Richtung der der Durchschnittslinie erstreckt.
Dieser ausgeschnittene Teil in einem neuen Diagramm mit X-Achse in der gleichen Richtung wie die Durchschnittslinie und Y-Achse als Größe dargestellt. Ra mit mit der folgenden Gleichung berechnet:
Die Durchschnittsrauigkeit Ra wird typischerweise in Mikrometer [µm] angegeben.
3. Maximale Höhe Ry ermitteln
Nach dem Ermitteln der Rauheitskurve, den Teil davon “ausschneiden”, der sich über eine Referenzlänge ℓ in Richtung der der Durchschnittslinie erstreckt.
Dieser ausgeschnittene Teil in einem neuen Diagramm mit X-Achse in der gleichen Richtung wie die Durchschnittslinie und Y-Achse als Größe dargestellt. Ry mit mit der folgenden Gleichung berechnet:
Die maximale Höhe ist sozusagen der Abstand vom globalen Minimum zum globalen Maximum der Kurve.
Die maximale Höhe Ry wird typischerweise in Mikrometer [µm] angegeben.
4. Zehn-Punkt-Rauheitsdurchschnitt Rz ermitteln
Nach dem Ermitteln der Rauheitskurve, den Teil davon “ausschneiden”, der sich über eine Referenzlänge ℓ in Richtung der der Durchschnittslinie erstreckt.
Die Durschnittswerte (YP) vom höchsten zum “fünfthöchsten” Spitzwert und die Durchschnitsswerte (Yv) vom niedrigsten zum “fünftniedrigsten” Wert werden addiert:
Die Zehn-Punkt-Rauheitsdurchschnitt Rz wird typischerweise in Mikrometer [µm] angegeben.
5. Materialanteil Rmr ermitteln
Nach dem Ermitteln der Rauheitskurve, den Teil davon “ausschneiden”, der sich über eine Referenzlänge ℓ in Richtung der der Durchschnittslinie erstreckt.
Materialanteil ist der Anteil der Auflagefläche (bestimmte Schnittlinie) zu der betrachteten Referenzlänge ℓ. Der Materialanteil wird mit folgender Formel ermittelt:
Der Materialanteil Rmr wird typischerweise in Prozenz [%] angegeben.
| Arithmetischer Rauheits-Mittelwert Ra | Maximale Höhe Ry | Zehn-Punkt-Durchschnitt Rauigkeit Rz | Referenzlänge von Ry (Rz) ℓ (mm) | Herkömmliche Symbol Oberflächenbehandlung |
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| Standardserie | Ausschnittswert c (mm) | Grafische Darstellung der Oberflächentextur | Standardserie | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0.012 Ra 0.025 Ra 0.05 Ra 0.1 Ra 0.2 Ra |
0.08 |  |
0.05 Ry 0.1 Ry 0.2 Ry 0.4 Ry 0.8 Ry |
0.05 Rz 0.1 Rz 0.2 Rz 0.4 Rz 0.8 Rz |
0.08 |  |
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| 0.25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0.25 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0.8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0.8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0.4 Ra 0.8 Ra 1.6 Ra |
 |
1.6 Ry 3.2 Ry 6.3 Ry |
1.6 Rz 3.2 Rz 6.3 Rz |
 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3.2 Ra 6.3 Ra |
2.5 |  |
12.5 Ry 25 Ry |
12.5 Rz 25 Rz |
2.5 |  |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 12.5 Ra 25 Ra |
8 |  |
50 Ry 100 Ry |
50 Rz 100 Rz |
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 50 Ra 100 Ra |
 |
200 Ry 400 Ry |
200 Rz 400 Rz |
~ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| − | − | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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