Oberflächenrauheit: Ra, Rz und die neue ISO 21920

"Ra 3,2" auf einer Zeichnung sagt einem Prüfer erst dann wirklich etwas, wenn auch klar ist, nach welcher Norm dieser Wert gemessen wurde. Seit 2022 hat sich genau diese Berechnungsgrundlage geändert, ältere Zeichnungsvorlagen aus Fernost verweisen aber häufig noch auf die alte Fassung, ohne das explizit zu vermerken.

Kurz & knapp: Oberflächenrauheit beschreibt die Mikrostruktur einer Bauteiloberfläche und wird meist über die Kennwerte Ra (arithmetischer Mittenrauwert) und Rz (gemittelte Rautiefe) angegeben. Seit 2022 fasst die Norm ISO 21920 die früher getrennten Standards ISO 1302, ISO 4287 und ISO 4288 zusammen und ändert dabei auch die Berechnung von Rz. Eine exakte Umrechnung zwischen Ra und Rz gibt es nicht, nur grobe Faustwerte.

Was ist Oberflächenrauheit und warum ist sie für Einkäufer relevant?

Oberflächenrauheit beschreibt die feinen, meist unregelmäßigen Abweichungen einer Bauteiloberfläche von einer idealen glatten Fläche. Diese Mikrostruktur entsteht durch das jeweilige Fertigungsverfahren, etwa durch die Werkzeugspuren beim Fräsen oder das Kornmuster beim Schleifen.

Für Einkäufer ist die Angabe der Oberflächenrauheit deshalb relevant, weil sie neben Allgemeintoleranzen eine der häufigsten Zeichnungsangaben ist, die über Passung, Verschleiß und Dichtheit eines Bauteils entscheidet. Eine zu grob gewählte Oberfläche kann die Funktion beeinträchtigen, eine unnötig feine Oberfläche treibt die Bearbeitungskosten ohne echten Nutzen in die Höhe.

Gerade bei der Beschaffung aus Fernost lohnt sich hier ein genauer Blick. Fehlt die Angabe auf der Zeichnung ganz, wählt die Gießerei oder der Zerspaner meist die für die eigene Fertigung bequemste Oberfläche, nicht die für das Bauteil eigentlich nötige.

Was bedeuten die Kennwerte Ra und Rz?

Ra und Rz sind die beiden gebräuchlichsten Kennwerte zur Beschreibung der Rauheit nach ISO 21920-2, messen aber unterschiedliche Eigenschaften des Profils. Ra bildet den arithmetischen Mittelwert aller Abweichungen von der Mittellinie über die Messstrecke, Rz dagegen die gemittelte Rautiefe aus mehreren Einzelmessstrecken.

Ein und dieselbe Oberfläche kann deshalb bei gleichem Ra einen deutlich unterschiedlichen Rz-Wert aufweisen, je nachdem wie regelmäßig das Rauheitsprofil ausfällt. Für funktionskritische Flächen wird deshalb oft beides zusammen spezifiziert, ein Ra-Wert für die durchschnittliche Güte und ein Rz-Wert als Obergrenze für einzelne, tiefere Riefen.

Wie liest man Oberflächenrauheit-Symbole in technischen Zeichnungen?

Oberflächenrauheit wird in Zeichnungen über ein Grundsymbol angegeben, ein aufgeklapptes Häkchen, an das der geforderte Ra- oder Rz-Wert sowie optional das Fertigungsverfahren angetragen werden. Ergänzende Linien am Symbol kennzeichnen, ob Materialabtrag erforderlich, verboten oder unzulässig ist.

Seit der neuen Norm ISO 21920 kommt ein weiteres Unterscheidungsmerkmal hinzu. Ein Symbol mit einem Strich über dem Häkchen zeigt an, dass die Angabe nach der neuen Norm gilt, statt nach der alten Fassung. Ähnlich wie bei Gewindetoleranzen, bei denen sich Kurzzeichen je nach Normrevision unterscheiden können, lohnt sich bei älteren Zeichnungsvorlagen ein zweiter Blick auf die verwendete Symbolik.

Neben dem Ra- oder Rz-Wert selbst kann das Symbol außerdem das gewünschte Fertigungsverfahren, die Bearbeitungsrichtung der Rillen und eine Bearbeitungszugabe tragen. Für die Praxis reicht bei den meisten Bauteilen aber die reine Ra- oder Rz-Angabe ohne diese Zusatzsymbole vollkommen aus.

Was hat sich seit 2022 mit der Norm ISO 21920 geändert?

Die Norm ISO 21920 fasst seit 2022 die bis dahin getrennten Standards ISO 1302 (Zeichnungsangaben), ISO 4287 (Kennwertdefinitionen) und ISO 4288 (Auswertevorschriften) in einer Normenreihe zusammen. Für Einkäufer ist das mehr als eine reine Verwaltungsvereinfachung.

In unseren Sourcing-Projekten stellen wir immer wieder fest, dass Zeichnungen aus Fernost noch nach der alten Norm bemaßt sind, ohne dass dies explizit vermerkt ist. Das ist deshalb relevant, weil sich mit der neuen Norm auch die Berechnung von Rz geändert hat. Rz wird zwar weiterhin über mehrere Teilstrecken gemittelt, die Regeln zur Bildung dieser Teilstrecken haben sich mit der neuen Norm aber geändert. Das kann bei identischer Oberfläche zu einem anderen Zahlenwert führen als nach der alten Auswertemethode. Auch die Standard-Annahmeregel wechselte: Statt der bisherigen 16-Prozent-Regel gilt in ISO 21920 standardmäßig die sogenannte Tmax-Regel (Höchstwertregel).

Lässt sich Ra in Rz umrechnen?

Eine exakte Umrechnung zwischen Ra und Rz gibt es nicht, da beide Kennwerte unterschiedliche statistische Eigenschaften des Rauheitsprofils erfassen. Häufig kursiert die Faustregel, Rz entspreche etwa dem Vier- bis Siebenfachen von Ra, dieser Faktor schwankt aber je nach Fertigungsverfahren und Profilform zwischen etwa dem Drei- und dem Zehnfachen.

Wer beide Werte verbindlich benötigt, etwa für eine funktionskritische Dichtfläche, sollte sie direkt messen lassen, statt sich auf eine Umrechnung zu verlassen. Bei Bauteilen aus Fernost-Fertigung ist oft nur einer der beiden Werte im Prüfprotokoll dokumentiert. Hier lohnt sich die Nachfrage nach dem jeweils anderen Kennwert, bevor ein Bauteil als abweichend zurückgewiesen wird.

Welche N-Klassen gibt es und sind sie noch aktuell?

Ältere Zeichnungen geben Oberflächenrauheit häufig noch über sogenannte N-Klassen an, eine Einteilung in zwölf Rauheitsgrade nach der inzwischen abgelösten ISO 1302. Jede Klasse entspricht dabei einem festen Ra-Wert.

Mit ISO 21920 gelten N-Klassen als veraltet, in neuen Zeichnungen wird stattdessen direkt der Ra- oder Rz-Wert angegeben. In der Praxis begegnen Einkäufern N-Klassen aber weiterhin, besonders bei älteren Zeichnungsvorlagen aus Fernost-Fertigung.

Welche Oberflächenrauheit passt zu welchem Fertigungsverfahren?

Welche Rauheit ein Fertigungsverfahren erreicht, hängt stark vom Werkzeug, dem Vorschub und dem bearbeiteten Werkstoff ab, weshalb sich hier nur grobe Tendenzen nennen lassen. Schruppende Verfahren wie Sägen oder grobes Fräsen erzeugen vergleichsweise raue Oberflächen, Schleifen und Läppen dagegen sehr feine.

In unseren Beschaffungsprojekten mit Edelstahl-Bauteilen sehen wir häufig, dass Kunden für rein optische Anforderungen eine deutlich feinere Oberfläche spezifizieren, als die Funktion des Bauteils eigentlich verlangt. Das treibt die Bearbeitungskosten unnötig in die Höhe, weshalb wir empfehlen, funktionale und optische Anforderungen getrennt zu betrachten.

Wie hängt Oberflächenrauheit mit anderen Toleranzangaben zusammen?

Oberflächenrauheit steht nie isoliert in einer Zeichnung, sondern ergänzt Maß-, Form- und Lagetoleranzen. Eine enge Passung nach H7 etwa setzt in der Praxis meist auch eine definierte Oberflächengüte voraus, da sich sonst die Reibpaarung nicht wie berechnet verhält.

Ähnlich verhält es sich bei Form- und Lagetoleranzen: Eine enge Rundheitstoleranz ist wenig wert, wenn die Oberfläche selbst zu rau bleibt, um die geforderte Passung dauerhaft zu halten. Wer alle drei Angaben, Maß, Form/Lage und Oberfläche, gemeinsam mit der Gießerei oder dem Zerspaner abstimmt, vermeidet Nacharbeit bei der Wareneingangsprüfung.

Das gilt besonders für Bauteile, die mehrere funktionskritische Flächen kombinieren, etwa eine gepasste Bohrung mit angrenzender Dichtfläche. Hier reicht es nicht, nur einen der drei Werte sorgfältig zu spezifizieren, während die anderen beiden offenbleiben.

Häufig gestellte Fragen zur Oberflächenrauheit

Was ist der Unterschied zwischen Ra und Rz?

Ra ist der arithmetische Mittelwert aller Abweichungen von der Mittellinie über die Messstrecke, Rz die gemittelte Rautiefe aus mehreren Einzelstrecken. Beide beschreiben dieselbe Oberfläche aus unterschiedlicher statistischer Perspektive und lassen sich nicht exakt ineinander umrechnen.

Ist DIN EN ISO 1302 noch gültig?

DIN EN ISO 1302 wurde 2022 durch die Normenreihe ISO 21920 abgelöst. Ältere Zeichnungen mit Verweis auf ISO 1302 bleiben zwar gültig, neue Zeichnungen sollten aber auf die aktuelle Norm umgestellt werden.

Was bedeutet N7 beziehungsweise N8 bei der Oberflächenrauheit?

N7 entspricht einem Ra-Wert von 1,6 µm, N8 einem Ra-Wert von 3,2 µm. Beide Bezeichnungen stammen aus der inzwischen veralteten N-Klassen-Einteilung und werden in neuen Zeichnungen durch direkte Ra- oder Rz-Angaben ersetzt.

Welche Rauheit braucht eine Dichtfläche?

Eine pauschale Zahl lässt sich nicht seriös nennen, da die nötige Rauheit stark vom Dichtungstyp und Betriebsdruck abhängt. In der Praxis empfiehlt es sich, den Wert gemeinsam mit dem Dichtungshersteller oder der Gießerei festzulegen, statt sich auf allgemeine Richtwerte zu verlassen.

Fazit: Oberflächenrauheit lohnt die genaue Angabe auf der Zeichnung

Wer Ra oder Rz zusammen mit der aktuellen Norm eindeutig auf der Zeichnung angibt, vermeidet Missverständnisse zwischen alter und neuer Auswertemethode und unnötig teure Nachbearbeitung. Gerade bei Zeichnungen aus Fernost-Fertigung lohnt sich der zusätzliche Blick auf die verwendete Symbolik.

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