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Rautiefe Ra, Rz und Rt einfach erklärt

Was die drei gängigsten Rauheitskennwerte messen, wie man sie aus einem Profil abliest und wie man eine Zeichnungsangabe wie Ra 0,8 µm beim Drehen erreicht.

Ra, Rz und Rt werden aus demselben gemessenen Profil berechnet, beantworten aber verschiedene Fragen. Ra ist ein Mittelwert und verdeckt einzelne Riefen, Rz mittelt fünf Einzelrautiefen, und Rt ist die Gesamthöhe des Rauheitsprofils innerhalb der festgelegten Messstrecke. Dieser Ratgeber zeigt, wie die Kennwerte definiert sind, wie sie zusammenhängen, welche Fehler zu Ausschuss führen und wie man die Oberfläche eines gedrehten Teils schon vor dem Zerspanen abschätzt.

TorqueMath · geprüft anhand der unten genannten Normen und der Testfälle des Rechners · Aktualisiert

Ein Profil, drei Kennwerte

Ein Tastschnittgerät fährt die Oberfläche entlang einer Linie ab und zeichnet die Höhe z des Profils auf. Die Welligkeit wird mit der Grenzwellenlänge λc herausgefiltert, übrig bleibt das Rauheitsprofil. Nach ISO 4287:1997 und ISO 4288:1996 besteht die übliche Messstrecke aus fünf Einzelmessstrecken lr (jede so lang wie λc), sofern nichts anderes festgelegt ist. Die ISO-21920-Normenreihe verwendet teilweise andere Auswerte- und Spezifikationsregeln. Die nachfolgenden Definitionen und Tabellen beziehen sich ausdrücklich auf das ältere Normensystem, nach dem die meisten Zeichnungen und Messgeräte im Einsatz noch arbeiten.

Welche Norm? ISO 21920 (2021) hat ISO 4287, ISO 4288 und ISO 1302 ersetzt und ändert einige Voreinstellungen und Zeichnungssymbole. Prüfen Sie daher, auf welche Norm sich Zeichnung und Messgerät beziehen.

- - MittellinieRz1Einzelmessstrecke lrRz2Einzelmessstrecke lrRz3Einzelmessstrecke lrRz4Einzelmessstrecke lrRz5Einzelmessstrecke lrRtMessstrecke ln = 5 × lrRa = Mittelwert der schraffierten Abweichungen |z| von der MittellinieRz = (Rz1 + Rz2 + Rz3 + Rz4 + Rz5) / 5 · Rt = höchste Spitze bis tiefstes Tal über ln
Bild 1. Das Rauheitsprofil über fünf Einzelmessstrecken. Ra ist der Mittelwert der schraffierten Abweichungen von der Mittellinie, jedes Rzi ist die Einzelrautiefe in einer Einzelmessstrecke, Rz ist ihr Mittelwert, und Rt reicht von der höchsten Spitze bis zum tiefsten Tal über die gesamte Messstrecke.
Ra = (1/ln) · ∫ |z(x)| dx

Ra (arithmetischer Mittenrauwert): der mittlere Abstand des Profils von seiner Mittellinie, ohne Vorzeichen.

Rz = (Rz1 + Rz2 + Rz3 + Rz4 + Rz5) / 5

Rz (gemittelte Rautiefe): in jeder Einzelmessstrecke höchste Spitze + tiefstes Tal, dann der Mittelwert der fünf Werte.

Rt = höchste Spitze + tiefstes Tal über ln

Rt (Gesamthöhe des Profils): höchste Spitze plus tiefstes Tal innerhalb der festgelegten Messstrecke, daher gilt immer Rt ≥ Rz. Es ist kein unbegrenzter Maximalwert der gesamten Werkstückoberfläche.

Wie die drei Kennwerte reagieren

Weil Ra ein Mittelwert ist, können eine Fläche mit einer tiefen Riefe und eine Fläche ohne sie ähnliche Ra-Werte aufweisen, je nach Breite und Tiefe der Riefe. Rz erfasst die Riefe in einer seiner fünf Einzelmessstrecken, Rt zeigt sie in voller Höhe. Deshalb werden Dichtflächen und Laufflächen oft mit Rz oder Rt (oder beidem) toleriert, allgemeine bearbeitete Flächen mit Ra.

Ra, Rz und Rt im Vergleich
KennwertWas er beschreibtReagiert auf einzelne Riefen?Typisch auf Zeichnungen
Ramittlere Abweichung von der Mittelliniekaumallgemeine Bearbeitungsflächen, US-Zeichnungen (µin)
RzMittel aus 5 Einzelrautiefenteilweise (1 von 5)europäische Zeichnungen, Passungen, Dichtflächen
Rtgrößte Profilhöhe über lnvollDichtflächen, kritische Laufflächen

Es gibt keine exakte Umrechnung von Ra in Rz. Das Verhältnis hängt von der Profilform ab. Bei gedrehten Flächen liegt Rz typisch bei etwa dem 4- bis 7-Fachen von Ra, bei geschliffenen oder gehonten Flächen anders. Umrechnungstabellen nur als grobe Orientierung nutzen und den Kennwert messen, den die Zeichnung fordert.

Grenzwellenlänge und Messstrecke

Dieselbe Fläche liefert mit einer anderen Grenzwellenlänge λc andere Werte, daher gehört λc zum Ergebnis. Bei nichtperiodischen Profilen (geschliffen, geläppt, erodiert) wählt ISO 4288 λc nach dem erwarteten Ra; bei periodischen Profilen wie Drehflächen nach dem Rillenabstand (RSm). Wenn die Zeichnung nichts anderes sagt, ist die Messstrecke 5 × λc.

Historische Auswahl der Grenzwellenlänge für nichtperiodische Profile nach ISO 4288:1996
Erwartetes Ra (µm)Grenzwellenlänge λc (mm)Messstrecke ln (mm)
0,006 < Ra ≤ 0,020,080,40
0,02 < Ra ≤ 0,100,251,25
0,10 < Ra ≤ 2,000,804,00
2,00 < Ra ≤ 10,02,5012,50
10,0 < Ra ≤ 80,08,0040,00

Bei periodischen Profilen gelten andere Auswahlkriterien; ISO 21920-3 verwendet ein geändertes Spezifikationssystem.

Alte Begriffe: Rz DIN, Rz ISO, Rmax und „Rautiefe“

Ältere Zeichnungen und Kataloge verwenden Namen, die gleich aussehen, aber etwas anderes bedeuten:

Oberfläche beim Drehen vorhersagen

Beim Drehen hinterlässt der Eckenradius r der Wendeschneidplatte pro Umdrehung einen Kreisbogen, im Abstand des Vorschubs f. Für eine idealisierte, kreisbogenförmige Schneidenecke ergibt sich daraus eine geometrische Riefenhöhe, die mit dem Quadrat des Vorschubs wächst und mit dem Eckenradius sinkt:

rSchneidenecke (eine Umdrehung später)f Vorschub pro UmdrehunghthPro Umdrehung hinterlässt der Eckenradius einen Bogen; die Bögen treffen sich in Spitzen.hth ≈ f² / (8·r) · Ra,geo ≈ f² / (31,2·r)nicht maßstäblich: Höhe überhöht
Bild 2. Vorschubriefen einer idealisierten runden Schneidenecke. Halber Vorschub f ergibt ein Viertel der geometrischen Riefenhöhe, doppelter Eckenradius r die Hälfte.
hth ≈ f² / (8·r) Ra,geo ≈ f² / (31,2·r)

f in mm/U, r in mm; Ergebnis mal 1000 ergibt µm. Das sind geometrische Größen für eine ideale Kreisbogen-Schneide, keine nach ISO gemessenen Rauheitskennwerte: Filterung, reale Schneidenform, Schwingungen und Werkstoffverformung sind nicht enthalten, gemessene Werte können deshalb deutlich abweichen.

Historische Rauheitsklassen N4–N10 aus älteren ISO-1302-Ausgaben, mit typischen, nicht verbindlichen Bearbeitungsverfahren
Ra (µm)Ra (µin)RauheitsklasseTypisches Verfahren
0,28N4Feinschleifen, Honen, Läppen
0,416N5Schleifen, Feindrehen mit Wiper-Platten
0,832N6Schlichtdrehen, Schleifen: Lagersitze
1,663N7Schlichtdrehen, Schlichtfräsen
3,2125N8normales Drehen und Fräsen
6,3250N9Schruppdrehen, Sägen
12,5500N10Schruppen, Brennschneiden

Die Verfahrensbereiche sind typische Werte, keine Grenzen: Eine gute Maschine mit scharfem Werkzeug schafft mehr, ein verschlissenes Werkzeug weniger.

Rechenbeispiel: Wellensitz auf Ra 0,8 µm drehen mit CNMG 120408

  1. Die Plattenbezeichnung endet auf 08, also ist der Eckenradius r = 0,8 mm. Ausgangspunkt ist ein üblicher Schlichtvorschub f = 0,20 mm/U.
  2. Geometrische Riefenhöhe: hth = 0,20² / (8 × 0,8) = 0,00625 mm = 6,25 µm.
  3. Geometrisches Ra: 0,20² / (31,2 × 0,8) = 0,0016 mm = 1,60 µm (63 µin). Damit wird die Angabe Ra 0,8 verfehlt.
  4. Vorschub für den Zielwert im vereinfachten geometrischen Modell: f = √(31,2 · r · Ra) = √(31,2 × 0,8 × 0,0008) = 0,141 mm/U, das ergibt Ra,geo ≈ 0,8 µm.
  5. Der tatsächlich gemessene Ra-Wert kann je nach Werkstoff, Werkzeuggeometrie, Verschleiß, Schwingungen und Messbedingungen deutlich abweichen. Die Vorschubempfehlung ist deshalb nur ein Ausgangswert. Ein Wiper-Einsatz kann höhere Vorschübe bei guter Oberflächengüte ermöglichen; maßgeblich sind die Herstellerdaten und eine Messung am Probewerkstück.

Mit einer R0,8-Platte bei etwa 0,14 mm/U beginnen (geometrisches Modell), ein Probeteil drehen und mit der Grenzwellenlänge laut Zeichnung messen. Vorschub oder Wiper-Platte nach Herstellerdaten anhand dieser Messung anpassen.

Häufige Fehler

Quellen und Normen

Vorschub für Ihre Platte berechnenEckenradius und Vorschub oder das Ra von der Zeichnung eingeben: Sie erhalten die theoretische und die zu erwartende Oberfläche, den nötigen Vorschub und die Rauheitsklasse.
Zum Rechner →

FAQ

Was ist der Unterschied zwischen Ra und Rz?

Ra ist der arithmetische Mittelwert der Profilabweichungen von der Mittellinie. Rz ist der Mittelwert aus fünf Einzelrautiefen, je eine pro Einzelmessstrecke. Ra ist ruhig und verdeckt einzelne Riefen, Rz zeigt die Extremwerte. Bei Drehflächen liegt Rz meist beim 4- bis 7-Fachen von Ra, eine exakte Umrechnung gibt es aber nicht.

Was bedeutet Rautiefe?

In der alten DIN 4762 war die Rautiefe Rt, die gemittelte Rautiefe war Rz. Heute sagt man in der Werkstatt oft Rautiefe und meint Rz. Entscheidend ist das Symbol auf der Zeichnung: Ra, Rz oder Rt.

Ist Rt dasselbe wie Rz?

Nein. Rt ist die größte Profilhöhe über die gesamte Messstrecke, Rz der Mittelwert der fünf Einzelrautiefen. Rt ist immer mindestens so groß wie Rz. Eine einzelne tiefe Riefe geht in Rt voll ein, in Rz wird sie mit vier anderen Einzelmessstrecken gemittelt.

Wie rechnet man Ra in Rz um?

Nur näherungsweise. Für Drehflächen ist Rz ≈ 4 bis 7 × Ra eine übliche Faustregel, Ra 1,6 µm entspricht also grob Rz 6,3 bis 10 µm. Für eine verbindliche Anforderung Rz selbst messen.

Welche Grenzwellenlänge muss ich einstellen?

Die auf der Zeichnung angegebene. Fehlt sie, wählt ISO 4288 sie bei nichtperiodischen Profilen nach dem erwarteten Ra (0,8 mm für Ra 0,1 bis 2 µm) und bei periodischen Profilen wie Drehflächen nach dem Rillenabstand. Die Messstrecke beträgt normalerweise fünf Grenzwellenlängen.

Welcher Vorschub ergibt Ra 1,6 mit Eckenradius 0,8 mm?

Im vereinfachten geometrischen Modell f = √(31,2 × 0,8 × 0,0016) ≈ 0,20 mm/U. Das ist ein Ausgangswert; die Oberfläche am Probeteil prüfen oder für Ihre Platte im Rauheit-Rechner rechnen.