Rauheitsmessung - Universität Stuttgart

1 Oberfl chenbeurteilung Rauheitsmessung Verfasser: Dipl. Ing. Pat. Ing. S. Jung Spezialisierungsfachversuch und Hauptfachversuch Universit t Stuttgart Spezialisierungsfachversuch und Hauptfachversuch Oberfl chenbeurteilung Rauheitsmessung1/171 Einleitung Die Werkst ckoberfl che trennt ein Objekt von seiner Umgebung. Im einfachsten Fall ist das umgebende Medium Luft und die ma gebliche Forderung an die Oberfl che ist, dass diese m glichst kosteng nstig ist. In vielen technischen Anwendungen haben Oberfl chen bestimmte Funktionen zu erf llen (vgl. Tabelle 1). In solchen F llen m ssen die Eigenschaften der Oberfl che m glichst genau definiert werden, damit die vorgesehene Funktion optimal erf llt wird.

2 Funktion Geforderte EigenschaftenBeispiel Lagerfl che Geringe ReibungPleuellager Leitf higkeit Gro e Kontaktfl cheElektrische Schalter Sichtfl chen Gleichm ige LichtreflexionLackierte Bleche Haftfestigkeit Definierte Mindestrauheit, spezielles ProfilKarosseriebleche Reibung Scharfe Spitzen, geringe Auflagefl cheAntriebswalzen Dichtung geringer Abrieb, geringe ReibungKolbenringe Tabelle 1, Zusammenhang zwischen Funktion und geforderten Eigenschaften1 Ein konkretes Beispiel aus der Dichtungstechnik sind Radialwellendichtringe. Zwischen Radialwellendichtring und Welle bildet sich ein dynamischer Spalt, der kleiner 1 m ist. Somit sind die Werte f r Rauheit und Welligkeit der Dichtfl chen gr er als die H he des Spaltes!

3 Um den Radialwellendichtring vor zu starkem Verschlei beim Einlaufen zu sch tzen, empfehlen Dichtungs hersteller einen Mittenrauwert von Ra=0, ,8 m (gemittelte Rautiefe Rz= m und maximale Rau tiefe Rmax<6 m). Auf der anderen Seite darf die Dichtfl che nicht zu glatt sein, damit sich die charakteristische Rauheitsstruktur an der Dichtkante ausbilden kann. In diesem Praktikum soll ein Einblick in die Oberfl chenmesstechnik gegeben werden. Es werden ver schiedene Rauhigkeitsparameter und deren Unterschiede erl utert sowie weitere Kriterien zum Ein sch tzen von Oberfl chen behandelt. Des Weiteren werden taktile und optische Oberfl chenmessger te, welche am IMA vorhanden sind und mit welchen das Praktikum durchgef hrt wird, vorgestellt.

4 2 Grundlagen der Oberfl chenmesstechnik Allgemeines Alle realen Werkst ckoberfl chen (Istoberfl chen) weichen von ihrer idealen Form (Solloberfl che) ab. Diese Unterschiede werden in DIN 4760:1982 in sechs Kategorien (Tabelle 2) unterteilt. Die Gestalt abweichung 5. und 6. Ordnung, welche in Tabelle 2 nicht mehr dargestellt sind, beziehen sich auf Gef ge struktur und Gitteraufbau und sind f r Anwendungen im klassischen Maschinenbau nicht relevant. Sie finden Anwendungen in der Materialwissenschaft. Die Istoberfl che wird in Wellen unterschiedlicher Wellenl ngen aufgeteilt. Hierbei nimmt die Wellenl nge mit der Ordnung der Gestaltabweichungen ab. Die Grenze, an der die Welligkeit in Rauheit bergeht, wird durch die Grenzwellenl nge c festgelegt.

5 Die Trennung der Profile kann mit einem Gau filter, der in DIN EN ISO 11562:1998 genormt ist, erfolgen. 1 Rauheitsmessung Theorie und Praxis, Raimund Volk, 2005 Spezialisierungsfachversuch und Hauptfachversuch Oberfl chenbeurteilung Rauheitsmessung2/17 Gestaltabweichung Art derAbweichung Beispiele f r die Entstehungsursache 1. Ordnung: Formabweichung Geradheits , Ebenheits , Rundheits Abweichungen Fehler in der F hrung der Werkzeugmaschine Durchbiegung der Maschine oder des Werk st cks falsche Einspannung des Werkst ckes 2. Ordnung: Welligkeit Wellen au ermittige Einspannungen Form der Laufabweichungen eines Fr sers Schwingungen der Werkzeugmaschine oder des Werkzeuges 3.

6 Ordnung: Rauheit Rillen Form der Werkzeugschneide Vorschub oder Zustellung des Werkzeuges 4. Ordnung: Rauheit Riefen Schuppen Kuppen Vorgang der Spanbildung (Rei span, Scherspan, Aufbauschneide) Gestaltabweichungen 1. bis 4. Ordnung berlagern sich zu der Istoberfl cheTabelle 2, Gestaltabweichung nach DIN 4760:1982 Profilfilter Ein Profilfilter (digitaler Gau filter, DIN EN ISO 11562:1998) trennt das ungefilterte Prim rprofil (P Profil) in Rauheit (R Profil) und Welligkeit (W Profil) auf. Dabei ist das Rauheitsprofil die Abweichung des Prim r profils von der Welligkeit (R = P W). Die Bezugslinie bzw. Mittellinie im Rauheitsprofil ist die Linie, die den langwelligen Profilanteilen entspricht, die durch den Gau filter ermittelt und unterdr ckt werden.

7 Abbildung 1, ungefilterte und gefilterte Profildarstellung In der Praxis wurde bis 1990 ausschlie lich ein analoger Filter (2RC Filter, DIN 4772:1979) genutzt. Die Filterung fand mit Hilfe einer Schaltung aus einem Widerstand (R) und einem Kondensator (C) (Hochpass filterung) statt. Der analoge 2RC Filter funktioniert bei sinusf rmigen Profilen recht gut. Jedoch gibt es nur WelligkeitRauheitBezugslinieungefilterte s ProfilPrim rprofilgefiltertes Profil Spezialisierungsfachversuch und Hauptfachversuch Oberfl chenbeurteilung Rauheitsmessung3/17wenige Oberfl chen mit einem sinusf rmigen Profil. Beim 2RC Filter entstehen bei vielen technischen Oberfl chen Einschwingvorg nge, die Phasenverschiebungen und berschwingungen am gefilterten Profil verursachen.

8 Dies f hrte zur Einf hrung eines phasenkorrekten digitalen Gau filters (DIN EN ISO 11562:1998). Dieser wurde erstmals 1990 genormt. Bei Verwendung des Gau filters werden die Verzeichnungen des Profils in senkrechter Richtung, bedingt durch pl tzliche nderung der Profilh he, verringert. Die Phasenver schiebung in waagrechter Richtung entf llt ganz. Zur Bestimmung der mittleren Linie wird mit Hilfe des Gau filters an jedem Punkt das gewichtete arithmetische Mittel der Ordinatenh hen berechnet. Damit Punkte am Beginn und Ende der Messstrecke ebenfalls richtig gewichtet werden k nnen, muss zum Ein und Ausschwingen des Filters die Taststrecke l nger als die Gesamtmessstrecke sein (vgl.)

9 Tabelle 3 und Abbildung 4, S. 5). blich sind Vor und Nachlaufstrecken von je der halben Grenzwellenl nge c (vgl. Kap. ). Bei der Verwendung des phasenkorrekten digitalen Gau filters treten im Vergleich zum 2RC Filter nur vernachl ssigbar kleine nderungen der Rauheitskenngr en Rmax, Rz, Ra (vgl. Kap. ) auf. Es k nnen beide Filter parallel verwendet werden. Bei der Messung anderer Rauheitswerte entstehen erhebliche Unterschiede. Deshalb muss derselbe Filter verwendet werden, sollten die Rauheitswerte verglichen werden. Bei der Ermittlung von Kenngr en an stark asymmetrischen Profilen liefert auch der phasenkorrekte Filter noch erhebliche Verzeichnungen in senkrechter Richtung.

10 Dieser Effekt tritt vor allem bei plateau gehonten, gel ppten, por sen und gesinterten Oberfl chen mit tiefen Riefen auf. Speziell hierf r wurde ein Sonderfilter (DIN EN ISO 13565:1998) entwickelt. Mit ihm werden typische Kennwerte f r asym metrische Profile, wie die Abbott Kurve (vgl. Kap. ) und die Kernrautiefe Rk ermittelt. Grenzwellenl ngen Die Grenzwellenl nge c eines Profilfilters ist diejenige Wellenl nge, bei welcher der Filter die Amplitude einer Sinuswelle auf 50 % reduziert. Sie kann somit als Ma f r die Grenze zwischen Rauheit und Wellig keit verstanden werden. Die Grenzwellenl nge s definiert den bergang der Rauheit zu noch k rzeren Wellenl ngen und die Grenzwellenl nge f grenzt die Welligkeit gegen ber l ngeren Wellenl ngen ab.