Normal für die Kalibrierung der Oberflächenkenngrößen aus der Materialanteilkurve nach ISO 13565-1, 2

Mechanisch hoch beanspruchte Oberflächen, wie. z. B. Motor- und Lageroberflächen, weisen oftmals tiefe Profiltäler und ein fein bearbeitetes Plateau mit einem relativ geringen Welligkeitsanteil auf. Mit Hilfe der in Deutschland entwickelten Rk Kenngrößen nach ISO 13565, Teil 2, lässt sich das gemessene Profil derartiger Oberflächen hinsichtlich der drei funktionsentscheidenden Bereiche charakterisieren. Die in dieser Norm definierten Kenngrößen sind:

• die Kernrautiefe Rk zur Beschreibung des Plateaus,
• die reduzierte Spitzenhöhe Rpk zur Beschreibung der mittleren Höhe der Profilspitzen,
• die reduzierte Riefentiefe Rvk zur Beschreibung der mittleren Tiefe der Profiltäler (materialfreie Räume),
• die Materialanteile Mr1 und Mr2 in Prozent, die die Spitzen und Täler vom Rauheitsprofil abtrennen.

Die Kenngrößen selbst werden aus der linearen Darstellung der Materialanteilkurve (Abbottkurve) abgeleitet, die die Zunahme des Materialanteils der Oberfläche in Abhängigkeit einer gedachten Schnittlinie im Rauheitsprofil beschreibt. Das an der Uni Kaiserslautern entwickelte Profil für die Verkörperung der sogenannten Rk – Kenngrößen wurde auf Basis einer Zylinderlaufbahnoberfläche aus der industriellen Praxis ausgelegt (Bild 1) und hat nominell die folgenden Rauheitskenngrößen:

Rk = 0,400 µm
Rpk = 0,150 µm
Rvk = 1,200 µm

Die periodische Fortsetzung des Profils (Bild 2), die für die Fertigung auf 12,8 mm Länge festgelegt wurde, erlaubt die Durchführung der Messungen an jeder beliebigen Stelle des Normals.

Bild 1: Grundprofil des Rk-Normals

Bild 2: Das gefertigte Profil des Rk-Normals mit Profilwiederholungen

Die Fertigung des Profils erfolgte auf Basis des bekannten Herstellungsverfahrens für die superfeinen Raunormale im Wissenschaftlichen Gerätebau der PTB. Die für die Fertigung gut geeignete Ni-P Oberfläche einer Kupferscheibe mit einem Durchmesser von 80 mm wurde spannend auf einer Ultrapräzisionsdrehmachine mit einem Diamantenwerkzeug mit definierter Schneide von 5µm bearbeitet. Derartige Strukturen können heute mit einer lateralen Auflösung von wenigen Nanometern reproduzierbar hergestellt werden. Die Herstellung der Kupfer-Rohlinge und die Beschichtung mit Ni-P wurden ebenfalls im Wiss. Gerätebau der PTB durchgeführt. Danach erfolgte die Trennung der Scheibe mittels Drahterodierverfahren in acht gleichartige Proben. Die für die Einhaltung eines vorgegebenen Messstellenplanes notwendigen Markierungen wurden sehr präzise mit Lasergraviertechnik aufgebracht. (Bild 3).

Bild 3: Links: Prototyp des Rk-Normals mit Markierungen. Rechts: Messstellenplan

An den fertiggestellten Probenstücken wurden umfangreiche Messungen mit verschiedenen Tastschnittgeräten erfolgreich durchgeführt. Die Ergebnisse bestätigen die gute Eignung dieses Profils für die Rückführung der Kenngrößen aus der Abbott-Kurve nach ISO 13565-2.