Rauigkeit

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Dieser Artikel behandelt die Eigenschaft von Flächen; zur Bedeutung in der Akustik siehe Rauhigkeit (Akustik).

Die Rauigkeit (nach herkömmlicher Rechtschreibung Rauhigkeit) oder Rauheit ist ein Begriff aus der Oberflächenphysik, der die Unebenheit der Oberflächenhöhe bezeichnet. Zur quantitativen Charakterisierung der Rauigkeit gibt es unterschiedliche Berechnungsverfahren, die jeweils auf unterschiedliche Eigenheiten der Oberfläche Rücksicht nehmen.

Vor allem in der Technik ist die Rauigkeit sehr wichtig, z. B. bei technischen Gleit- oder Sichtflächen. Die Messung erfolgt üblicherweise mit Hilfe eines Perthometers. Eine visuelle und optische Prüfung der Rauigkeit ist mittels Rugotest möglich.

[Bearbeiten] Rauheitskennwerte

Es werden im Alltag grundsätzlich drei Rauigkeitsangaben verwendet, die in der Einheit μm angegeben werden.

Die mittlere Rauigkeit, dargestellt durch das Symbol $R a$ , gibt den mittleren Abstand eines Messpunktes -auf der Oberfläche- zur Mittellinie $m$ an. Die Mittellinie schneidet innerhalb der Bezugsstrecke das wirkliche Profil so, dass die Summe der betragsmäßigen Profilabweichungen -bezogen auf die Mittellinie- minimal wird.

Die mittlere Rauigkeit

R a

, entspricht also dem arithmetischen Mittel der Abweichung von der Mittellinie. In zwei Dimensionen berechnet sie sich aus:

$R_a = \frac{1}{M \, N}\, \sum_{m=1}^{M} \sum_{n=1}^{N} \left\vert z \left( x_m,y_n \right) - \left\langle z \right\rangle \right\vert$

wobei der Mittelwert durch

$\left\langle z \right\rangle= \frac{1}{M \, N} \sum_{m=1}^{M} \sum_{n=1}^{N} z \left( x_m,y_n \right)$

berechnet wird.

Etwas leichter vorstellbar ist die mittlere Rauigkeit (in einer Dimension) als die Höhe des Rechtecks, das die gleiche Länge wie die zu untersuchende Strecke und den gleichen Flächeninhalt wie jene Fläche zwischen Bezugshöhe und Profil hat.

Die sogenannte quadratische Rauigkeit (englisch rms-roughness = root-mean-squared roughness: Wurzel des Mittelquadrates) wird aus dem Mittel der Abweichungsquadrate berechnet und entspricht dem "quadratischem Mittel"

$R_{q} = \sqrt{ \frac{1}{M \, N}\, \sum_{m=1}^{M} \sum_{n=1}^{N} \left( z \left( x_m,y_n \right) - \left\langle z \right\rangle \right)^2}$ .

Die so genannte gemittelte Rautiefe (auch Zehnpunkthöhe), dargestellt durch das Symbol R_z, wird folgendermaßen ermittelt:
- Eine definierte Messstrecke auf der Oberfläche des Werkstücks wird in fünf gleich große Einzelmessstrecken eingeteilt.
- Von jeder dieser Einzelmessstrecken wird die Differenz aus maximalem und minimalem Wert des Profils ermittelt.
- Aus den somit erhaltenen fünf Werten wird der Mittelwert gebildet.

[Bearbeiten] Diskussion der Rauheitsparameter

Rauhigkeit von verschiedenen Oberflächen
siehe Text

Wie in Bild 1 vereinfacht für eine Dimension zu sehen ist, sind die mittlere Rauigkeit und die quadratische Rauhigkeit nur von der absoluten Abweichung der Höhe vom Mittelwert abhängig, aber nicht von der Verteilung der Höhenwerte über die Fläche. So ergibt sich beispielsweise für die mittleren Rauigkeiten in den Bildern A und C $R a = 2$ und $R q = 2$ , während die Werte für Bild B sich zu $R a = 1$ und $R q = 1$ berechnen

$R a$ und $R q$ sind also ungeeignet, um Aussagen über die Ortsfrequenz der Unebenheiten zu treffen. Um diese Ortsauflösung zu analysieren, wird häufig die Fouriertransformation verwendet.

[Bearbeiten] Papier: Rauigkeit bzw. Glätte

Die Rauigkeit von Papier wird mit dem Print-Surf-Verfahren oder Bekk-Verfahren gemessen. Beide Verfahren basieren auf der Messung eines Leckstroms entlang der Oberfläche eines eingeklemmten Papiers. Der Surf-Test ergibt errechnete Ergebnisse in Mikrometer. Das Bekk-Gerät ist ein Vergleichsmessgerät, das durch Ringversuche kalibriert wird und ergibt einen Wert in Bekk-Sekunden. Hohe Werte kennzeichnen ein glattes Papier.