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.
Ra (arithmetischer Mittenrauwert): der mittlere Abstand des Profils von seiner Mittellinie, ohne Vorzeichen.
Rz (gemittelte Rautiefe): in jeder Einzelmessstrecke höchste Spitze + tiefstes Tal, dann der Mittelwert der fünf Werte.
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.
| Kennwert | Was er beschreibt | Reagiert auf einzelne Riefen? | Typisch auf Zeichnungen |
|---|---|---|---|
| Ra | mittlere Abweichung von der Mittellinie | kaum | allgemeine Bearbeitungsflächen, US-Zeichnungen (µin) |
| Rz | Mittel aus 5 Einzelrautiefen | teilweise (1 von 5) | europäische Zeichnungen, Passungen, Dichtflächen |
| Rt | größte Profilhöhe über ln | voll | Dichtflächen, 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.
| Erwartetes Ra (µm) | Grenzwellenlänge λc (mm) | Messstrecke ln (mm) |
|---|---|---|
| 0,006 < Ra ≤ 0,02 | 0,08 | 0,40 |
| 0,02 < Ra ≤ 0,10 | 0,25 | 1,25 |
| 0,10 < Ra ≤ 2,00 | 0,80 | 4,00 |
| 2,00 < Ra ≤ 10,0 | 2,50 | 12,50 |
| 10,0 < Ra ≤ 80,0 | 8,00 | 40,00 |
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:
- Rz (DIN 4768, ISO 4287:1997): der Mittelwert aus fünf Einzelrautiefen wie oben. Diese Definition findet sich auf vielen älteren und weiterhin verwendeten europäischen Zeichnungen. Bei neueren Zeichnungen ist die jeweils angegebene Norm maßgeblich.
- Rz ISO / Zehnpunkthöhe (ISO 4287:1984, JIS RzJIS): Mittelwert der fünf höchsten Spitzen plus der fünf tiefsten Täler innerhalb einer Einzelmessstrecke. Das ist ein anderer Wert als das heutige Rz; beide lassen sich nicht direkt vergleichen.
- Rmax (DIN 4768): die größte der fünf Einzelrautiefen (heute Rz1max). Das ist nicht dasselbe wie Rt, dessen Spitze und Tal in verschiedenen Einzelmessstrecken liegen können.
- Rautiefe: In älteren Ausgaben der DIN 4762 (z. B. DIN 4762-1:1960) wurde die Rauhtiefe mit Rt bezeichnet, „gemittelte Rautiefe“ bedeutete Rz. In der Werkstatt wird das Wort heute oft für Rz verwendet. Maßgeblich ist das Symbol auf der Zeichnung, nicht das Wort.
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:
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.
| Ra (µm) | Ra (µin) | Rauheitsklasse | Typisches Verfahren |
|---|---|---|---|
| 0,2 | 8 | N4 | Feinschleifen, Honen, Läppen |
| 0,4 | 16 | N5 | Schleifen, Feindrehen mit Wiper-Platten |
| 0,8 | 32 | N6 | Schlichtdrehen, Schleifen: Lagersitze |
| 1,6 | 63 | N7 | Schlichtdrehen, Schlichtfräsen |
| 3,2 | 125 | N8 | normales Drehen und Fräsen |
| 6,3 | 250 | N9 | Schruppdrehen, Sägen |
| 12,5 | 500 | N10 | Schruppen, 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
- Die Plattenbezeichnung endet auf 08, also ist der Eckenradius r = 0,8 mm. Ausgangspunkt ist ein üblicher Schlichtvorschub f = 0,20 mm/U.
- Geometrische Riefenhöhe: hth = 0,20² / (8 × 0,8) = 0,00625 mm = 6,25 µm.
- Geometrisches Ra: 0,20² / (31,2 × 0,8) = 0,0016 mm = 1,60 µm (63 µin). Damit wird die Angabe Ra 0,8 verfehlt.
- 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.
- 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
- Ein Rz von der Zeichnung mit einem festen Faktor in Ra umrechnen und dann auf den Ra-Wert fertigen. Gemessen wird der Kennwert, den die Zeichnung fordert.
- Mit der falschen Grenzwellenlänge messen. Ein kürzeres λc filtert mehr heraus und ergibt kleinere Werte, ein längeres größere.
- Rz und Rt gleichsetzen. Rt ist nie kleiner als Rz und reagiert auf einen einzelnen Fehler.
- Das alte Zehnpunkt-Rz ISO aus japanischen oder alten Katalogen wie das heutige Rz behandeln.
- In der falschen Richtung messen. Bei Drehteilen in Achsrichtung quer zu den Vorschubriefen messen, sofern die Zeichnung nichts anderes vorgibt.
- Den geometrischen Drehwert als Messwert erwarten. Das gemessene Ra kann deutlich abweichen; am Probeteil messen.
Quellen und Normen
- ISO 21920-2:2021 (DIN EN ISO 21920-2) Geometrische Produktspezifikation – Oberflächenbeschaffenheit: Profile – Begriffe, Definitionen und Kenngrößen. Aktuelle Norm für Ra, Rz und Rt; sie ersetzt ISO 4287:1997, auf die sich viele Zeichnungen noch beziehen.
- ISO 21920-3:2021 – Spezifikationsoperatoren (ersetzt ISO 4288:1996, die Quelle der Tabelle zur Grenzwellenlänge oben).
- ISO 21920-1:2021 – Angabe der Oberflächenbeschaffenheit (ersetzt ISO 1302:2002). Die Rauheitsklassen N stammen aus älteren ISO-1302-Ausgaben (ISO/R 1302:1971) und sind in der Ausgabe 2002 nicht mehr enthalten.
- ISO 4287:1997 und ISO 4288:1996 (zurückgezogen) – Definitionen und Regeln zur Grenzwellenlänge, nach denen viele bestehende Zeichnungen und Messgeräte arbeiten.
- DIN 4768:1990 (zurückgezogen) – Rz und Rmax; DIN 4762 (zurückgezogen) – Begriffe, u. a. Rautiefe.
- Mitutoyo, „Quick Guide to Surface Roughness Measurement“ – praktische Hinweise zu alten und neuen Rz-Definitionen.
- Drehformeln: geometrische Spitzenhöhe einer runden Schneidenecke, wie in den Handbüchern der Plattenhersteller und in unserem Rauheit-Rechner, so wurde er geprüft.