Oberflächenrauheit, Oberflächenkenngrößen und Oberflächenmesstechnik

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Gregor Meyer
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2 ZUM THEMA Die Oberfläche hat einen entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer und somit auf die Qualität eines technischen Produktes. Sie muss daher in der Konstruktionszeichnung funktionsgerecht festgelegt, eindeutig und vollständig spezifiziert sowie definitionskonform verifiziert werden. Mit der Einführung des ISO GPS Normensystems haben sich auch die internationalen Standards zur eindeutigen und funktionsgerechten Charakterisierung von Oberflächen weiterentwickelt und teilweise auch grundlegend geändert. Diese Tatsache ist in der konstruktiven Praxis noch weitgehend unbekannt. In der Folge werden auch heute noch veraltete und im Sinne der funktionellen Beschreibung der Oberfläche unbrauchbare Oberflächenkenngrößen spezifiziert (z. B. Ra Wert), die zudem mit der heute ausnahmslos geltenden internationalen Normung nur selten in Einklang stehen. Die Spezifikation unvollständiger, nicht funktionsgerechter und nicht eindeutiger Oberflächenangaben kann erhebliche Folgen für die Sicherheit und Verfügbarkeit der Produkte haben. Dabei hängen wichtige und zum Teil sicherheitsrelevante Funktionsanforderungen, wie zum Beispiel Dichtheit, Werkstoffermüdung oder Verschleiß, in hohem Maße von der Oberflächentopographie ab. Da Konstruktionszeichnungen bei externer Fertigung rechtsverbindliche Vertragsdokumente sind, geht ein auf die Wahl einer ungeeigneten Oberflächenkenngröße zurückzuführender Schaden, im Sinne der Produkthaftung, in der Regel zu Lasten des Erstellers der Konstruktionszeichnung. Eine funktionsgerechte Auswahl und vollständige Beschreibung von Oberflächenkenngrößen kann zu einer signifikanten Verbesserung der Sicherheit und Verfügbarkeit technischer Produkte führen Ein weiteres Problem stellt die weitgehende Unkenntnis des Einflusses der Messbedingungen, wie zum Beispiel Tastsystem, Filterung und Wahl der Grenzwellenlänge auf das Messergebnis dar. Gerade diese Bedingungen müssen jedoch mit der zur Verfügung stehenden Symbolik in der Konstruktionszeichnung auf Basis der in den internationalen Standards verfügbaren "Werkzeuge" eindeutig und vollständig beschrieben werden, damit das Messergebnis richtig interpretiert werden kann und eine Kausalität zwischen Messergebnis und Funktion besteht. 2

Mit der Einführung des ISO GPS Normensystems haben sich auch die internationalen Standards zur eindeutigen und funktionsgerechten Charakterisierung von Oberflächen weiterentwickelt und teilweise auch

3 Letztlich sind Vereinbarungen, die auch ohne explizite Nennung bzw. durch alleinige Verwendung der genormten Symbolik verbindlich sind ( Default Regeln ) weitgehend unbekannt. Dies kann sehr schnell zu Reklamationen oder gar zu Rechtstreitigkeiten zwischen den Vertragspartnern führen. Als bekannte Beispiele können Annahmekriterien wie die 16 % Regel oder die Höchstwert Regel genannt werden. ZIEL Das Seminar führt Sie auf anschauliche Weise, Schritt für Schritt in die aktuelle, internationale Normung zur Oberflächenrauheit ein und vermittelt Ihnen die wichtigsten Kenngrößen zur funktionsgerechten Beschreibung technischer Oberflächen. Die Lehrinhalte werden anhand einer Vielzahl praxisgerechter Beispiele und Übungen veranschaulicht und vertieft. Beispiele für eine funktionell sinnvolle und vollständige Beschreibung der Oberflächenanforderungen IHR NUTZEN Sie lernen in diesem Seminar: die Bedeutung der wichtigsten international genormten Oberflächenkenngrößen kennen, ausgehend von den konstruktiven Erfordernissen, eine im Hinblick auf die Funktionalität optimale Festlegung geeigneter Oberflächenkenngrößen, welchen Einfluss die Wahl des Tastsystems, die Filtermethode (Grenzwellenlänge) sowie die Messstrecke auf das Messergebnis haben, die richtige Wahl von Messrichtung, Messstrecke und Tastspitzenradius bei berührenden Verfahren zur Rauheitsmessung, den Unterschied zwischen Rauheits, Welligkeits und Primärprofil, eine fehlerhafte Tolerierung bestehender Oberflächenkenngrößen zu erkennen, die Haftungsrisiken abzuschätzen und ggf. sicher zu beseitigen, die wichtigsten Annahmekriterien für Oberflächen, wie die 16 % und die Höchstwert Regel, die normgerechte Zeichnungseintragung und richtige Interpretation der heute ausnahmslos eingeführten ISO GPS Symbolik, welche Zeichnungsvereinfachungen auf Basis der aktuellen, internationalen Normung möglich und sinnvoll sind, die Bedeutung und Interpretation der wichtigsten (zwischenzeitlich zurückgezogenen) DIN Kenngrößen zur Beschreibung der Oberfläche kennen. Sie sind damit in der Lage, alte Konstruktionszeichnungen richtig zu interpretieren, die wichtigsten Normen und Richtlinien zu Oberflächenkenngrößen und zur Oberflächenmesstechnik neue Kenngrößen für die Charakterisierung der Oberflächenbeschaffenheit durch flächenhafte Verfahren auf Basis des Normensystems ISO

Als bekannte Beispiele können Annahmekriterien wie die 16 % Regel oder die Höchstwert Regel genannt werden.

4 SEMINARINHALTE Einführung Die Konstruktionszeichnung ein rechtsverbindliches Vertragsdokument Konsequenzen einer fehlerhaften, mehrdeutigen oder nicht normkonformen Konstruktionszeichnung Wer haftet im Schadensfall? Normung und ISO GPS Normensystem Europäische und internationale Normung, Rechtsverbindlichkeit und Annahmeverfahren Geometrische Produktspezifikation (GPS) Aufbau des ISO GPS Normensystems (ISO 14638:2012) Produkthaftung und Normung Grundlagen Funktion einer Oberfläche (Anwendungsbeispiele) Grundmerkmale technischer Oberflächen Oberflächenmesstechnik Tastschnittverfahren Berührende Rauheitsmessverfahren Tastsysteme (Bezugsebenen, Ein und Zweikufentastsysteme) Berührungslose Meßsysteme (optische Verfahren) Profilfilter Unterschiede zwischen Primär, Welligkeits und Rauheitsprofil Ermittlung des Primär, Welligkeit und Rauheitsprofil aus dem messtechnisch erfassten Profil, Filterung Gauss Filter nach ISO :2011 sowie Kenngrößen s, c ( Cut Off ) und f Einfluss des Filterwertes c auf das Welligkeits und Rauheitsprofil 2RC Filter nach DIN (zurückgezogen) Sonderfilter nach ISO Vergleich der Profilfilter und Anwendungsbeispiele Messstrategie Messort und Messrichtung Wahl der Grenzwellenlänge c nach ISO 4288 sowie s und Tastspitzenradius nach ISO 3274 Einfluss der Grenzwellenlänge auf das Messergebnis Wahl der Messstrecke, Einzel und Gesamtmessstrecke Filtervor und Nachlaufstrecken Messunsicherheit sowie Entscheidungsregeln für den Nachweis der Konformität oder Nichtkonformität mit Spezifikationen (ISO ) Oberflächenkenngrößen (Definition und funktionsgerechte Anwendung) Rauheitskenngrößen (R Kenngrößen) nach ISO 4287, wie z. B. Ra, RSm, Rz, Rp, Rt, Rq, Rsk Welligkeitskenngrößen (W Kenngrößen), wie z. B. Wellentiefe Wt Hinweis: Das Ausgabedatum der zitierten Normen bezieht sich auf die deutschen Fassungen. 4

Normung und ISO GPS Normensystem Europäische und internationale Normung, Rechtsverbindlichkeit und Annahmeverfahren Geometrische Produktspezifikation (GPS) Aufbau des ISO GPS Normensystems (ISO

5 Kenngrößen des Primärprofils, wie z. B Pt Dominante Welligkeit (VDA 2007) und Kenngrößen der dominanten Welligkeit (WDSm, WDc und WDt) Kenngrößen zur funktionsgerechten Beurteilung von Oberflächen mit plateauartiger Charakteristik (Kernrautiefe Rk, reduzierte Spitzenhöhe Rpk, reduzierte Riefentiefe Rvk) Materialanteilkurve des Profils (Abbott Firestone Kurve), Nulllinienverschiebung und Kenngrößen der Materialanteilkurve, wie z. B Rmr(c) und R c Nicht mehr genormte Kenngrößen nach DIN 4762 und DIN 4768 wie z. B. R a, R z, R max oder R t Zuordnung von Oberflächenkenngrößen zu den Funktionsanforderungen Annahmekriterien für Oberflächen 16 % Regel Höchstwert Regel (Maximum Regel) Vereinfachtes Verfahren zum Nachweis der Einhaltung der 16 % Regel nach ISO 4288 Annahmekriterium nach VDA 2006 Normgerechte Zeichnungseintragung in Konstruktionszeichnungen Symbolik nach ISO 1302 Möglichkeiten zur normgerechten Zeichnungsvereinfachung, Sammelangaben Übungs und Praxisbeispiele Abschlussdiskussion und Klärung offener Fragen ZIELGRUPPEN Projekt, Konstruktions und Entwicklungsleiter Ingenieure aus Konstruktion und Entwicklung, Normung und Qualitätssicherung/Messtechnik Messtechniker und Mitarbeiter aus der Qualitätssicherung Technische Zeichner Techniker Technischer Einkauf Mitarbeiter des betrieblichen Ausbildungswesens Fachexperten aus Fertigung und Produktion ERGÄNZENDE HINWEISE Alle Seminarteilnehmer erhalten ausführliche Schulungsunterlagen auf dem neuesten Stand der Normung, die sich auch für das Selbststudium eignen. 5

(Kernrautiefe Rk, reduzierte Spitzenhöhe Rpk, reduzierte Riefentiefe Rvk) Materialanteilkurve des Profils (Abbott Firestone Kurve), Nulllinienverschiebung und Kenngrößen der Materialanteilkurve, wie

6 KONTAKT Büro Schorndorf: Prof. Dr. Ing. Volker Läpple Reiswiesenweg 21 D Schorndorf Fon: Fax: E Mail: info@toleranzen beratung.de Internet: beratung.de Fotos (Titelseite): Andrey Armyagov - Fotolia.com; Engine Images - Fotolia.com; Alterfalter - Fotolia.com; Tatjana Balzer - Fotolia.com 6

255 070 E Mail: info@toleranzen beratung.

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