„Ra 0,4“ auf einer Zeichnung bedeutet nicht, dass die Fläche glänzend aussehen muss; es bedeutet, dass die mit einer bestimmten Messmethode ermittelte arithmetische Mittenrauheit 0,4 µm nicht überschreiten darf. Wer diesen Unterschied nicht kennt, verursacht unnötige Schleif- und Polieroperationen oder – umgekehrt – unzureichende Funktionsflächen. Dieser Beitrag ist das oberflächenseitige Gegenstück zu unserem Beitrag zur Toleranzwahl.
Grundparameter
- Ra (arithmetischer Mittenrauwert): Mittelwert der absoluten Abweichungen des Profils von der Mittellinie. Der häufigste Parameter; er beschreibt die allgemeine Oberflächenqualität gut, kann aber einen einzelnen tiefen Riefen verbergen.
- Rz (gemittelte Rautiefe): Mittelwert aus fünf Einzelmessstrecken der Differenz zwischen höchster Spitze und tiefstem Tal je Einzelmessstrecke. Empfindlich gegenüber einzelnen tiefen Riefen; auf Dicht- und Lagerflächen aussagekräftiger als Ra. Grob gilt Rz ≈ 4–7 × Ra (je nach Bearbeitungsverfahren; die Umrechnung ist nicht exakt).
- Rmax / Rt: größte Spitze-Tal-Differenz über die gesamte Messstrecke; der strengste Parameter.
- Rq, Rsk, Rku, Rmr: Zusatzparameter für Sonderanwendungen (Lager, Dichtungen, Beschichtungshaftung).
Ra und Rz lassen sich an derselben Fläche nicht ineinander umrechnen; gemessen wird, was gefordert ist. Auf Zeichnungen deutschen Ursprungs ist Rz, auf englischen und türkischen Zeichnungen Ra verbreiteter.
Die alten N-Klassen
Auf alten Zeichnungen und in einigen Normen finden sich noch die N-Klassen (alte Fassung der ISO 1302):
| N-Klasse | Ra (µm) | Typisches Verfahren |
|---|---|---|
| N12 | 50 | Rohguss, Brennschneiden |
| N10 | 12,5 | Schruppdrehen/-fräsen |
| N9 | 6,3 | Normales Drehen/Fräsen |
| N8 | 3,2 | Gutes Drehen/Fräsen (CNC-Standard) |
| N7 | 1,6 | Feindrehen/-fräsen, Reiben |
| N6 | 0,8 | Feinstdrehen, Schleifen, Langdrehen |
| N5 | 0,4 | Schleifen, Honen, Präzisionsdrehen (Messing/Aluminium) |
| N4 | 0,2 | Feinschleifen, Honen, Läppen |
| N3 | 0,1 | Läppen, Polieren |
Erreichbare Werte beim CNC-Drehen und -Fräsen
| Verfahren | Routine-Ra (ohne Mehrkosten) | Erreichbares Ra (Zusatzschnitt/Sorgfalt) | Darüber hinaus |
|---|---|---|---|
| CNC-Drehen, Stahl | 1,6–3,2 | 0,8 | Schleifen (0,2–0,4) |
| CNC-Drehen, Aluminium/Messing | 0,8–1,6 | 0,4 | Polieren, Diamantdrehen |
| Langdrehen, Messing/Automatenstahl | 0,4–0,8 | 0,2–0,4 | Glattwalzen, Schleifen |
| CNC-Fräsen, ebene Fläche (Planfräsen) | 1,6–3,2 | 0,8 | Schleifen, Läppen |
| CNC-Fräsen, Seitenwand | 1,6–3,2 | 0,8–1,6 | Schleifen |
| Bohrung: gebohrt | 3,2–6,3 | — | Reiben (0,8–1,6), Honen (0,2–0,4) |
| Bohrung: Ausdrehen | 0,8–1,6 | 0,4 | Honen |
| Gewindeschneiden | 1,6–3,2 | — | Gewinderollen |
Die Werte sind typisch; Werkzeug, Schnittparameter, Werkstoff und Maschinenzustand beeinflussen sie. Bei schwer zerspanbaren Werkstoffen wie Edelstahl und Titan werden die Routinewerte eine Stufe gröber.
Kostenwirkung
Der Schritt von Ra 3,2 auf Ra 1,6 wird meist durch eine Parameteränderung erreicht und beeinflusst die Kosten kaum. Ra 0,8 wird auf der Drehmaschine mit Schlichtschnitt und Werkzeugwahl erreicht (5–15 % Aufschlag). Ra 0,4 und darunter bedeutet bei Stahl fast immer eine zweite Operation (Schleifen, Honen, Polieren) und damit eine separate Maschine, Aufspannung und Messung; das kann die Kosten für die betreffende Fläche auf das 2- bis 3-Fache erhöhen. Der teuerste Fehler ist daher, „alle Flächen Ra 0,8“ oder „Ra 0,4“ ins Schriftfeld zu schreiben: Auch nicht funktionale Flächen werden unnötig verfeinert. Der richtige Ansatz: allgemeine Oberfläche Ra 3,2 (oder 1,6), feinere Werte nur an Funktionsflächen. In unserem DFM-Beitrag behandeln wir dieses Prinzip zusammen mit den übrigen Kostenpositionen.
Welcher Wert für welche Fläche?
- Freie Flächen, nicht sichtbar: Ra 3,2–6,3
- Montage- und Anlageflächen: Ra 1,6–3,2
- Gleit- und Lagerflächen (Buchse, Welle): Ra 0,4–0,8; Rz anzugeben ist aussagekräftiger
- O-Ring- und Dichtflächen: Ra 0,4–0,8 (dynamisch: 0,2–0,4; Empfehlung des Dichtungsherstellers beachten); keine gerichteten Riefen
- Hydraulikzylinder innen: Ra 0,1–0,4, gehont
- Fläche vor Beschichtung: Beschichtung deckt Rauheit nicht ab, sondern erhöht sie meist; dekorative Beschichtung braucht einen Grund von Ra 0,4–0,8
- Kontaktflächen in Lebensmittel- und Pharmaanlagen: Ra 0,8 (im Hygienic Design meist Obergrenze), mit Elektropolieren unter 0,4
- Medizinische Implantate: je nach Anwendung Ra 0,05–0,5, es gelten Sondernormen
Wie wird gemessen?
Die Oberflächenrauheit wird mit einem Tastschnittgerät (eine Diamantspitze wird über die Fläche gezogen) oder optischen Verfahren gemessen. Das Ergebnis hängt von den Messparametern ab: Grenzwellenlänge (λc, typisch 0,8 mm), Einzelmessstrecke und Messrichtung (senkrecht zu den Bearbeitungsriefen). Fehlen diese Angaben auf der Zeichnung, gelten die Vorgaben der ISO 21920 (früher ISO 4288). Vergleichsmuster (Auge/Fingernagel) dienen nur der Grobkontrolle und gehören nicht ins Messprotokoll. Bei eng spezifizierten Oberflächenanforderungen sind Parameter und Gerät im Messprotokoll anzugeben; zum Lesen von Messprotokollen siehe unseren Beitrag zur Qualitätssicherung.
Das Oberflächensymbol in der Zeichnung richtig angeben
- Parameter ausdrücklich nennen: „Ra 0,8“ oder „Rz 6,3“; nur „0,8“ ist mehrdeutig.
- Obergrenze oder Bereich? Standard ist die Obergrenze (Messwert ≤ Angabe). Ist eine Untergrenze nötig (bei einigen Dicht- und Haftflächen), mit „L“ kennzeichnen.
- Die allgemeine Oberflächenanforderung im Schriftfeld oder in der Zeichnungsecke mit Ausnahmen in Klammern angeben: z. B. allgemein Ra 3,2, in Klammern (Ra 0,8, Ra 1,6) die Sonderflächen.
- Ist die Rillenrichtung (parallel, senkrecht, gekreuzt) funktional, im Symbol angeben; gerichtete Riefen auf Dichtflächen führen zu Leckagen.
- Vermerken, ob die Angabe vor oder nach der Beschichtung gilt.
- Statt alter N-Klasse den Ra-Wert schreiben; N-Klassen kommen in den aktuellen ISO-Normen nicht mehr vor.
Häufig gestellte Fragen
Sind Ra 0,8 und Rz 6,3 dasselbe?
Sie können näherungsweise einer ähnlichen Oberflächenqualität entsprechen, sind aber unterschiedliche Parameter; eine exakte Umrechnung ist nicht möglich. Gemessen wird, was auf der Zeichnung steht.
Ist Ra 0,4 auf der CNC-Drehmaschine ohne Schleifen möglich?
Bei Messing und Aluminium mit geeignetem Werkzeug und Parametern ja; bei Stahl ist es schwer prozesssicher zu erreichen, Schleifen oder Glattwalzen sind erforderlich. Auf dem Langdrehautomaten gilt Ra 0,4 bei kleinen Durchmessern als Routine.
Ist ein Teil mit geringerer Rauheit automatisch hochwertiger?
Nein; manche Funktionen wie Beschichtungshaftung und Ölhaltevermögen verlangen eine bestimmte Rauheit. Der richtige Wert ist der, den die Funktion erfordert.
Geht die Oberflächenrauheit ins Messprotokoll ein?
Die in der Zeichnung angegebenen besonderen Oberflächenanforderungen ja; der allgemeine Oberflächenwert wird meist durch Sicht-/Vergleichsprüfung bestätigt. Bei FAI und PPAP werden alle angegebenen Flächen gemessen.
Fazit
Richtig angegeben sichert die Oberflächenrauheit die Funktion; falsch angegeben vervielfacht sie still die Kosten. Ra 3,2 (oder 1,6) für die allgemeine Oberfläche, feinere Werte nur an Funktionsflächen und Rz dort, wo es nötig ist, schützt Teil und Budget. Um die Kostenwirkung der Oberflächenanforderungen in Ihren Zeichnungen zu sehen, senden Sie Ihre Dateien über unser Angebotsformular; die Empfehlungen kommen mit dem Angebot. Zu unseren Oberflächen- und Nachbearbeitungskapazitäten siehe unsere Seiten CNC-Fräsen und CNC-Drehen.
