In der Mechanik ist die Ra-Rauheit ein Mittelwert, der die Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstücks oder Materials beschreibt.
In der Industrie ist die Rauheitskontrolle Teil des Prozesses zur Validierung der Maßhaltigkeit und stellt die Konformität des Bauteils während der Bearbeitung sicher.
Es gibt zwar auch andere Kennzahlen zur Beschreibung der Oberflächenrauheit, doch dieser Artikel befasst sich vorrangig mit der allgemeinen Oberflächenbeschaffenheit des zu prüfenden Bereichs.
Inhaltsverzeichnis
Was ist die Ra-Rauheit?
Definition
Der arithmetische Mittenrauwert, mit Ra bezeichnet, ist der mittlere absolute Wert der Profilabweichungen innerhalb der Bezugsstrecke.
Einfach ausgedrückt gibt der Ra-Wert die durchschnittliche Rauheit der Oberfläche über die gemessene Strecke an, also die mittlere Abweichung zwischen den Spitzen und Tälern des Profils.
Stellen Sie sich zur Veranschaulichung einen zweidimensionalen Querschnitt der Oberfläche vor. Je höher der Ra-Wert, desto ausgeprägter sind die Spitzen und Täler des Oberflächenprofils.
Der Ra-Wert ist eine hervorragende Kenngröße, um schnell zu überprüfen, ob eine Oberfläche den Kundenspezifikationen entspricht, da er einen aussagekräftigen Mittelwert für die gesamte Oberflächenbeschaffenheit liefert.
Warum ist die Oberflächenrauheit wichtig?
In bestimmten Branchen, insbesondere in der Hochtechnologie, ist es entscheidend, dass die Ra-Rauheit der gefertigten Bauteile präzisen Vorgaben entspricht.
Die Rauheit spielt in der Mechanik eine wichtige Rolle, da sie Phänomene wie Fluidströmung oder Haftung beeinflusst. In der Feinmechanik ist sie eine kritische Größe, da sie erheblichen Einfluss auf Reibung, Verschleiß und mechanische Verankerung hat.
Durch die Bestimmung der mittleren Rauheit einer Oberfläche mit dem Ra-Kennwert lassen sich deren mikro- und makrogeometrische Unregelmäßigkeiten schnell ermitteln.
So können Bauteile im Rahmen der Qualitätskontrolle als konform oder nicht konform eingestuft werden.
Weitere Rauheitskenngrößen
Neben Ra können bei der Bewertung der Oberflächenbeschaffenheit auch andere Kenngrößen wie Rz oder Rt wertvolle Zusatzinformationen liefern:
- Rt definiert die Gesamtrauheit des Profils, also den Abstand zwischen der höchsten Spitze und dem tiefsten Tal. Dies ist der größte vertikale Abstand, der während der Messung erfasst wird.
- Rz beschreibt die gemittelte Rautiefe. Dabei handelt es sich um den Durchschnitt der fünf größten Einzelrautiefen (Rt), die über die Messstrecke erfasst wurden.
Diese Kenngrößen ermöglichen ein genaueres Verständnis der Makrogeometrie der Oberfläche.
Sie dienen in der Qualitätskontrolle häufig als Auswahlkriterien, und moderne Messgeräte geben diese Werte standardmäßig mit aus.
Die Ra-Rauheit einer Oberfläche messen
Zur Messung der Ra-Rauheit einer Oberfläche stehen verschiedene Instrumente zur Verfügung. Die Wahl des richtigen Instruments hängt hauptsächlich von den Prüfanforderungen und den besonderen Gegebenheiten der Messung ab.
Rauheitsmessgeräte (Profilometer)
Ein Rauheitsmessgerät oder Profilometer ist ein taktiles Messgerät, das schnell die Ra-Rauheit einer Oberfläche ermittelt.
Ihr Hauptvorteil liegt in der einfachen Handhabung und ihrer Portabilität. Für eine Messung wird das Gerät einfach auf die zu prüfende Oberfläche aufgesetzt und die Messung gestartet.
Man unterscheidet zwei Arten von Profilometern: solche mit und solche ohne Kufe.
Bei Geräten mit Kufe gleitet eine kleine Kufe, die am Taster angebracht ist, über die Prüfoberfläche und dient als mechanische Bezugsebene.
Da die Kufe die Messung auf unebenen Oberflächen verfälschen kann, eignen sich diese Geräte am besten für möglichst plane Flächen. Trotz dieser Einschränkung sind kufenbasierte Profilometer sehr handliche und effiziente Werkzeuge für solche Anwendungen.
Kufenlose Geräte hingegen nutzen ein internes Bezugssystem, das die Ausrichtung des Tasters im Raum berechnet und so auch Messungen auf nicht ebenen Oberflächen ermöglicht.
Diese Fähigkeit zur Neuberechnung der Trajektorie ermöglicht präzisere Messungen, während bei Kufengeräten schon leichte Oberflächenunebenheiten die Ergebnisse verfälschen können.
Optische Messung
Obwohl sich die Ra-Rauheit mit Tastschnittgeräten einfach ermitteln lässt, handelt es sich dabei um mechanische Geräte, die einen physischen Kontakt zwischen Taster und Oberfläche erfordern.
Um eine höhere Genauigkeit zu erzielen, kommen optische Messsysteme wie Interferometer zum Einsatz.
Interferometer sind hochentwickelte Messgeräte, die die Oberflächentopografie beliebiger Materialien detailliert abbilden können.
Sie arbeiten wesentlich genauer und effizienter als taktile Messsysteme, da sie Interferenzeffekte nutzen, die bei der Projektion und Reflexion von Licht auf dem Messbereich entstehen.
Aktuell ist dies die effizienteste Methode, um hochpräzise Oberflächenrauheitswerte zu erhalten.
Indirekte Prüfung der Oberflächenrauheit
Manchmal ist eine direkte Messung der Oberflächenbeschaffenheit nicht möglich, weil die zu prüfende Stelle für die Messgeräte unzugänglich ist. Dafür gibt es mehrere Gründe:
- Ein bereits montiertes Bauteil müsste für den Transport ins Messlabor zerlegt werden.
- Das Bauteil ist zu sperrig, um es auf dem Messgerät zu positionieren.
- Der zu prüfende Bereich ist für Ihr Messgerät nicht erreichbar.
In solchen Situationen ist eine indirekte Messung des Bauteils von großem Vorteil. Genau für diese Anwendungsfälle hat Plastiform Abformmaterialien entwickelt.
Indirekte, ausgelagerte Prüfung der Ra-Rauheit
Plastiform hat spezielle Abformmaterialien entwickelt. Diese Produkte ermöglichen es, die Eigenschaften eines Prüfbereichs, einschließlich seiner Oberflächenbeschaffenheit, hochpräzise zu replizieren.
Wenn eine direkte Messung des Bauteils nicht möglich ist, bietet Plastiform eine zuverlässige Lösung.
P80 Ra ist eine pastöse Abformmasse, die selbst an überhängenden oder senkrechten Flächen haftet.
Nach dem Auftragen auf das Bauteil repliziert die Masse dessen Eigenschaften. Das Produkt härtet auf 80 Shore A aus und ermöglicht so eine einfache Messung direkt an der Abformung mit Ihren gewohnten Messgeräten.
Prüfung der Ra-Rauheit an einer Plastiform-Abformung
Die Messgenauigkeit hängt vom verwendeten Messinstrument ab.
Wir empfehlen berührungslose Messgeräte wie Weiß- oder Grünlichtinterferometer, die hochpräzise Ergebnisse liefern und sich ideal für die Messung der Oberflächenbeschaffenheit von Abformungen eignen.
Falls kein Interferometer zur Verfügung steht, ist ein kufenloses Profilometer die nächstbeste Wahl für die Rauheitsmessung an einer Abformung. Sowohl Profilometer als auch Interferometer liefern exakte Ra-Werte, wobei Interferometer bei anderen Rauheitskenngrößen eine höhere Präzision bieten.
Kufengestützte Rauheitsmessgeräte funktionieren ebenfalls gut auf unseren Abformungen. Sie liefern jedoch eher Näherungswerte für Ra, und andere Kennwerte (Rt und Rz) können durch den Druck der Kufe auf die flexible Abformung leicht verfälscht werden.
Wir bei Plastiform empfehlen daher, die Prüfungen an den Abformungen mit Geräten durchzuführen, deren Kompatibilität wir validiert haben, wie beispielsweise denen von Accretech und Sylvac.
Fazit
Die Ra-Rauheit ist eine Schlüsselkenngröße für die Makrogeometrie der Oberfläche eines Bauteils oder Materials. Sie spiegelt die im Produktionsprozess angewandten Bearbeitungsverfahren wider.
Um diesen Kennwert zu messen, kommen verschiedene Messinstrumente zum Einsatz. Sie erfassen die Abweichungen zwischen „Tälern“ und „Spitzen“ über eine definierte Messstrecke und ermöglichen die Berechnung mehrerer Kenngrößen:
- Die Gesamtrauheit (Rt) gibt die maximale vertikale Abweichung (den Abstand zwischen höchster Spitze und tiefstem Tal) innerhalb der Messstrecke an.
- Die gemittelte Rautiefe (Rz), die den Mittelwert der fünf größten Einzelrautiefen über die Messstrecke darstellt.
- Der arithmetische Mittenrauwert (Ra) gibt die durchschnittliche Rauheit der geprüften Oberfläche an.
Ra ist ein besonders wichtiger Parameter, da er die allgemeine Oberflächenbeschaffenheit direkt charakterisiert und eine ganzheitliche Bewertung ermöglicht.
Zur Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit können verschiedene Geräte verwendet werden, sowohl taktile als auch berührungslose. Für die Messung der Ra-Rauheit kommen typischerweise Profilometer oder Interferometer zum Einsatz.
Manchmal können diese Geräte den gewünschten Prüfbereich jedoch nicht erreichen. In solchen Fällen bietet Plastiform eine effektive Lösung.
Nutzen Sie Plastiform, um den Prüfbereich zu replizieren und Ihre Ra-Rauheitsmessungen mit Ihren gewohnten Messgeräten direkt an der Abformung durchzuführen!
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