Rauheitsmessung
Die Rauheitsmessung, als Element der Oberflächenanalyse, dient dazu die Mikrostruktur einer Oberfläche zu erfassen. Die Oberflächenstruktur lässt sich in Rauheit, oftmals als Rautiefe bezeichnet, und Welligkeit unterteilen. Diese Rauheit und Welligkeit wirken sich unterschiedlich auf die funktionalen Eigenschaften einer Oberfläche aus und somit auf das Reibungsverhalten, Verschleißverhalten, die Dichteigenschaften, das Einlaufverhalten, die Schmiereigenschaften sowie das optische Erscheinungsbild. Aus der Rauheitsmessung bzw. Oberflächenmessung werden zur Beschreibung bestimmter Merkmale der Oberfläche die passenden Kenngrößen für Rauheit und Welligkeit aus den Normen berechnet.
Somit kommt der richtigen Durchführung der Rauheitsmessung eine entscheidende Bedeutung zu.
Wir führen als Steinbeis-Transferzentrum Messungen der Rauheit, Welligkeit und Form von Oberflächen als Dienstleistung durch. Des Weiteren bieten wir regelmäßig Seminare zu den Themen Rauheit und Rauheitsmessung an.
Oberfläche bzw. Rauheit messen
Die Messung von Oberflächen (Rauheitsmessung) zur Bestimmung von Rauheit und Welligkeit erfolgt entweder durch taktile oder durch optische Messverfahren. Bei der taktilen Messung wird die Oberfläche als zweidimensionales Rauheitsprofil (Tastschnitt) erfasst und hieraus die 2D-Profil-Kenngrößen nach ISO 4287 und ISO 13565 berechnet. Die Genauigkeit der taktilen Messung reicht oftmals nicht aus, um alle Mikrostrukturen (Spitzen, Täler) zu erfassen. Zudem beschädigt die harte Diamantspitze oftmals die Oberfläche.
Die optische Oberflächenmessung tastet die Oberflächenfeinstruktur berührungslos mit einem feinen Lichtstrahl ab. Dadurch wir diese dreidimensional erfasst und eine vollständige Charakterisierung der Oberfläche über 3D-Flächen-Kenngrößen nach der ISO 25178 möglich. Die 2D-Kenngrößen aus dem Profilschnitt beschreiben in der Regel eine Oberfläche nur unzureichend und zudem dürfen die eigentlich nur für periodischen (regelmäßigen) Oberflächenstrukturen verwendet werden.
Neben den bekannten Rauheitskennwerten mittlere Rautiefe Rz und der Rauheit Ra gibt es eine umfangreiche Auswahl an Kenngrößen 2D und 3D in den ISO-Normen zur gezielten Beschreibung von Oberflächenstrukturen.
Neben der Rauheit und Welligkeit messen einer Oberfläche gibt es auch noch spezielle Strukturanalysen um die Mikrostruktur hinsichtlich Merkmale wie Riefen, Texturen, Poren, Pickel noch besser bewerten zu können. Dazu gehören auch Drallstrukturen auf einer Welle. Drall ist eine Oberflächenstruktur auf der Dichtfläche einer Welle, welche das Fließverhalten des abzudichtenden Fluids beeinflusst und in Zusammenhang mit Dichtringen (z.B. WDRs) eine große Rolle spielen. Diese werden über eine sogenannte Drallmessung erfasst und anschließend durch Drallkenngrößen quantifiziert.
Gestaltabweichungen und Profile
Die Rauheit und Welligkeit einer Oberfläche gehören nach DIN 4760 zu den Gestaltabweichungen eines Geometrieelementes, die der Formabweichung überlagert sind. Ein reales Messprofil einer Oberfläche setzt sich aus der Summe von Sinuswellen mit verschiedenen Wellenlängen vorstellen. Bei der Rauheitsmessung geht man den umgekehrten Weg und zerlegt das gemessene Profil mit allen Wellenanteilen in einzelne Sinuswellen, die sich durch die Wellenlänge und Amplitude voneinander unterscheiden. Dabei wird zunächst aus dem direkt gemessenen D-Profil einer Oberfläche das Primärprofil berechnet. Anschließend wird durch entsprechende Filtertechniken dieses P-Profil in kurzwellige Anteile (Rauheitsprofil) und einen langwellige Anteile (Welligkeitsprofil) zerlegt:
– Das Rauheitsprofils ergibt sich indem dieses aus dem Primärprofil mittels eines Hochpassfilters von der Welligkeit getrennt wird. Hierbei werden nur die kurzen Wellenlängen (hohen Frequenzen) durchgelassen und die langen herausgefiltert
– Das Welligkeitsprofil ergibt sich indem dieses aus dem Primärprofil mittels eines Tiefpassfilters von der Rauheit getrennt. Hierbei werden nur die langen Wellenlängen (tiefen Frequenzen) durchgelassen und die kurzen rausgefiltert.
Filter, Grenzwellenlänge (cut off), Messstrecke
Die ISO konformen Messbedingungen sind Voraussetzung, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen und um einen Bezug zwischen Kennwert und Oberflächenverhalten herstellen zu können. Hierzu gehört die Wahl des richtigen Filters, der Grenzwellenlänge (cut off) und der Messstrecke. Die Festlegung der Messrandbedingungen erfolgt in Abhängigkeit von der Periodizität des Primärprofils.
Gerne erstellen wir Ihnen ein Angebot für Rauheitsmessungen.
Wir führen optische Oberflächenmessungen 2D/3D durch, um die Rauheit, Welligkeit, Form und Mikrostrukturen von Oberflächen zu bestimmen. Aus diesen Messungen werden die ISO-konforme Kenngrößen 2D/3D berechnet, um die für die Funktion wichtigen Strukturen durch quantitative Größen zu beschreiben. Die Oberfläche eines Bauteils bestimmt deren Funktion (Reibungs-, Verschleiß-, Dichtverhalten) und das optische Erscheinungsbild.
Durch die umfassende Laborausstattung im Steinbeis-Transferzentrum können Oberflächen von verschiedenen Materialien sehr präzise vermessen werden. Diese Oberflächenmessungen werden hauptsächlich mit optischen Messgeräten durchgeführt und besonders kleine Strukturen mit dem Rasterkraftmikroskop (AFM).
Gerne vermessen wir die Oberflächen Ihrer Bauteile, beraten Sie bei der Auswahl von geeigneten Kenngrößen zur Beschreibung von Oberflächen und bieten Seminare zu den Themen Rauheit und Rauheitsmessung an.