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Messen und Prüfen in der Werkstatt – Oberflächenrauheit einordnen

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Messen und Prüfen in der Werkstatt – Oberflächenrauheit einordnen

Kurzbeschreibung: Du ordnest Rauheitskenngrößen ein, liest Messwertansichten und entscheidest, ob eine Oberfläche ihre technische Funktion erfüllen kann. Der Kurs richtet sich an Auszubildende in Metall- und Fertigungsberufen.

Sicherheitsrahmen: Praktische Werkstattarbeiten dürfen nur nach Unterweisung, Gefährdungsbeurteilung und mit zuständiger Aufsicht durchgeführt werden. Dieser Kurs erteilt keine Arbeitsfreigabe. Betriebsanweisungen, Herstellerangaben, Prüfmittelvorgaben und betriebliche Freigaben haben Vorrang.

Einleitung

Eine Oberfläche kann glänzend aussehen und trotzdem funktional ungeeignet sein. Entscheidend ist nicht nur das Auge, sondern ein messbares Profil. Besonders wichtig sind Ra und Rz. Beide werden in der Regel in µm angegeben, beschreiben aber unterschiedliche Eigenschaften.

Merksatz: Ein einzelner Rauheitswert beschreibt eine Oberfläche nicht vollständig. Funktion, Fertigungsverfahren, Messrichtung, Filterung und Zeichnungsangabe gehören zusammen.

Ausbildungsfall: Dichtfläche am Lagerdeckel

Du arbeitest in der Qualitätssicherung einer Ausbildungswerkstatt. An einem gefrästen Lagerdeckel ist eine Dichtfläche zu prüfen. Für diesen didaktischen Fall gilt laut Übungszeichnung:

Merkmal	Vorgabe
Ra	≤ 1,6 µm
Rz	≤ 6,3 µm
Prüfort	Dichtfläche
Messrichtung	quer zur dominanten Bearbeitungsstruktur

Drei Messstellen liefern:

Messstelle	Ra	Rz	Erste Einordnung
A	1,1 µm	5,8 µm	beide Werte innerhalb der Vorgabe
B	1,3 µm	7,1 µm	Ra passend, Rz zu groß
C	1,7 µm	6,0 µm	Rz passend, Ra zu groß

Dein Auftrag: Begründe, warum die Dichtfläche nicht allein mit Ra beurteilt werden darf.

Gestufte Hilfe 1: Vergleiche jeden Messwert mit seiner eigenen Grenze.

Gestufte Hilfe 2: Frage Dich, ob ein Mittelwert einzelne hohe Spitzen oder tiefe Täler ausreichend sichtbar macht.

Gestufte Hilfe 3: Eine Messstelle kann bei Ra bestehen und bei Rz durchfallen. Für die Freigabe müssen alle geforderten Merkmale nach dem betrieblich festgelegten Prüfplan bewertet werden.

Lerneinheit 1: Oberfläche ist mehr als glatt oder rau

Ein gemessenes Profil enthält Anteile unterschiedlicher Größenordnung. Vereinfacht unterscheidest Du Form, Welligkeit und Rauheit. Durch geeignete Filter- und Auswertebedingungen wird aus dem erfassten Profil das Profil gebildet, aus dem die jeweilige Kenngröße berechnet wird.

Praxisblick: Fertigungsverfahren hinterlassen typische Strukturen. Vorschub, Schneidengeometrie, Schwingungen, Werkzeugverschleiß und Werkstoffverhalten können das Oberflächenbild beeinflussen.

Lerneinheit 2: Ra verstehen

Ra ist die arithmetische mittlere Höhe des Rauheitsprofils: Vereinfacht wird gemittelt, wie weit die Profilpunkte betragsmäßig von der Mittellinie abweichen.

Stärke: Ra ist kompakt und gut vergleichbar, wenn Messbedingungen und Spezifikation zusammenpassen.

Grenze: Sehr unterschiedliche Profilformen können ähnliche Ra-Werte besitzen. Einzelne tiefe Riefen oder hohe Spitzen können deshalb zusätzlich andere Kenngrößen erforderlich machen.

Lerneinheit 3: Rz verstehen

Rz beschreibt nach der aktuellen Profilnormung eine maximale Profilhöhe, die unter festgelegten Auswertebedingungen abschnittsbezogen bestimmt wird. Bei den üblichen Default-Bedingungen der ISO-21920-Reihe wird über mehrere Abschnitte ausgewertet.

Praxisblick: Rz reagiert stärker auf ausgeprägte Spitzen und Täler als Ra. Deshalb können Ra und Rz zu unterschiedlichen Prüfentscheidungen führen.

Wichtig: Ra und Rz dürfen nicht mit einem festen Faktor ineinander umgerechnet werden. Das Verhältnis hängt unter anderem von der Profilform und dem Fertigungsverfahren ab.

Lerneinheit 4: So arbeitet ein Tastschnittgerät

Beim taktilen Tastschnitt folgt eine Tastspitze der Oberfläche. Ihre Vertikalbewegung wird in ein Profil umgesetzt. Geräteausführung, Tastspitze, Messrichtung, Messlänge, Filterung, Aufstellung, Sauberkeit und Werkstücklage beeinflussen die Aussage der Messung.

Lerneinheit 5: Messrichtung und Bearbeitungsspuren

Bei gerichteten Bearbeitungsspuren wird für die Rauheitsbewertung häufig quer zur dominanten Rillenrichtung gemessen, weil dort die Profilunterschiede besonders deutlich erfasst werden. Maßgeblich bleiben jedoch Zeichnung, Norm, Prüfplan und Geräteanweisung.

Medienhinweis: Die Grafik dient der Symbolerkennung. Für aktuelle Zeichnungsangaben ist der freigegebene betriebliche Normenstand, insbesondere DIN EN ISO 21920-1, maßgeblich.

Nicht verwechseln: Eine Sichtprüfung kann Bearbeitungsspuren erkennen helfen, ersetzt aber keine geforderte Rauheitsmessung.

Lerneinheit 6: Messwertansicht lesen

Eine Messwertansicht zeigt mehr als eine Zahl. Prüfe in dieser Reihenfolge: Prüfmerkmal → Einheit → Messstelle → Profil → Auswertebedingungen → Grenzwert → Entscheidung.

Beobachtung	Mögliche Bedeutung
Einzelne tiefe Riefe	Rz oder weitere Spitzen-Tal-Kenngrößen können kritisch sein
Regelmäßige Wellen	Welligkeit oder Schwingungseinfluss prüfen
Unterschiedliche Werte je Messrichtung	gerichtete Bearbeitungsstruktur beachten
Starke Streuung zwischen Messstellen	Oberfläche, Prozess und Prüfstrategie untersuchen

Lerneinheit 7: Technische Funktion

Rauheit wirkt zusammen mit Werkstoff, Geometrie, Schmierung und Belastung. Je nach Bauteilfunktion kann die Oberfläche Einfluss auf Reibung, Verschleiß, Dichtwirkung, Haftung von Beschichtungen, Kontaktverhalten und Ermüdungsverhalten haben.

Entscheidend: „So glatt wie möglich“ ist kein allgemeines Qualitätsziel. Gefordert ist eine Oberfläche, die zur Funktion und zur Spezifikation passt.

Lerneinheit 8: Zeichnung, Norm und Prüfplan

Für aktuelle Profilangaben ist in Deutschland die Normenreihe DIN EN ISO 21920 zentral: Teil 1 behandelt die Angabe der Oberflächenbeschaffenheit, Teil 2 Begriffe und Kenngrößen, Teil 3 Spezifikationsoperatoren. Ältere Zeichnungen können noch Angaben nach früheren Normen enthalten. Dann darfst Du alte und neue Auswertebedingungen nicht stillschweigend gleichsetzen.

Stand 2026: DIN Media führt DIN EN ISO 21920-1, -2 und -3:2022-12 als aktuell. ISO arbeitet an Folgeredaktionen; in der Werkstatt gilt deshalb immer der freigegebene betriebliche Normenstand.

Basisaufgabe: Grenzwerte zuordnen

Messstelle D: Ra = 1,4 µm und Rz = 6,6 µm. Die Übungszeichnung fordert Ra ≤ 1,6 µm und Rz ≤ 6,3 µm. Entscheide.

Gestufte Hilfe 1: Vergleiche Ra nur mit der Ra-Grenze.

Gestufte Hilfe 2: Vergleiche danach Rz nur mit der Rz-Grenze.

Begründetes Feedback: Ra erfüllt die Vorgabe, Rz überschreitet sie. Die Messstelle ist damit nach diesem Übungsprüfplan nicht konform. Ein passender Ra-Wert kann einen unzulässigen Rz-Wert nicht ausgleichen.

Anwendungsaufgabe: Messstrategie auswählen

Auf einer gefrästen Fläche sind deutlich parallele Rillen sichtbar. Du sollst die Rauheit bewerten. Welche Messrichtung ist als erster Prüfgedanke sinnvoll?

Gestufte Hilfe 1: Überlege, in welcher Richtung die größten Profilhöhen überquert werden.

Gestufte Hilfe 2: Prüfe anschließend, ob Zeichnung oder Prüfplan eine andere Richtung festlegt.

Begründetes Feedback: Quer zur dominanten Rillenrichtung werden die Strukturen meist deutlich erfasst. Die endgültige Messrichtung richtet sich aber nach Spezifikation, Norm, Prüfplan und Geräteanweisung.

Transferaufgabe: Funktion statt Zahlenroutine

Zwei Oberflächen besitzen denselben Ra-Wert. Oberfläche X zeigt wenige tiefe Riefen, Oberfläche Y ein gleichmäßigeres Profil. Beide sollen eine Dichtfunktion unterstützen. Begründe, warum Ra allein für die Auswahl nicht genügt.

Gestufte Hilfe 1: Gleicher Mittelwert bedeutet nicht gleiche Profilform.

Gestufte Hilfe 2: Denke an Dichtpfade, Spitzen, Täler und zusätzliche Kenngrößen.

Begründetes Feedback: Ra mittelt Profilabweichungen. Tiefe Einzelriefen können trotz ähnlichem Ra funktional ungünstig sein. Deshalb müssen die geforderten zusätzlichen Rauheitskenngrößen, die Profilstruktur und die Funktionsanforderung einbezogen werden.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt Ra vereinfacht? (Den arithmetischen Mittelwert der betragsmäßigen Profilabweichungen) (!Die größte Einzelriefe der gesamten Oberfläche) (!Die Werkstückhärte) (!Die Rundlaufabweichung)

Warum kann Rz zusätzlich zu Ra wichtig sein? (Weil ausgeprägte Spitzen und Täler stärker sichtbar werden können) (!Weil Rz die Werkstücktemperatur angibt) (!Weil Rz nur für Kunststoffe gilt) (!Weil Rz die Messrichtung ersetzt)

Welche Einheit wird für Rauheitskennwerte häufig verwendet? (Mikrometer) (!Newton) (!Grad Celsius) (!Kilogramm)

Was ist bei gerichteten Bearbeitungsspuren ein sinnvoller erster Prüfgedanke? (Die Messrichtung quer zur dominanten Rillenrichtung zu prüfen) (!Immer entlang der Rillen zu messen) (!Die Messrichtung grundsätzlich zu ignorieren) (!Nur mit dem Auge zu prüfen)

Welche Aussage zu Ra und Rz ist richtig? (Ein fester Umrechnungsfaktor ist nicht allgemein gültig) (!Ra ist immer exakt halb so groß wie Rz) (!Rz ist immer exakt zehnmal so groß wie Ra) (!Beide Werte sind immer identisch)

Was liefert ein Tastschnittgerät? (Ein erfasstes Oberflächenprofil zur Auswertung) (!Eine chemische Werkstoffanalyse) (!Eine Härteprüfung nach Rockwell) (!Eine Drehzahlmessung)

Was kann eine einzelne tiefe Riefe bewirken? (Sie kann eine zusätzliche Spitzen-Tal-Bewertung kritisch machen) (!Sie macht jede weitere Messung überflüssig) (!Sie senkt automatisch die Werkstücktemperatur) (!Sie beweist eine falsche Werkstoffsorte)

Was ist für eine Prüfentscheidung zuerst maßgeblich? (Die spezifizierten Merkmale und Grenzwerte) (!Der Glanz der Oberfläche) (!Die Lieblingsmessrichtung der prüfenden Person) (!Die Farbe des Messgeräts)

Welche Aussage zur praktischen Werkstattarbeit gilt in diesem Kurs? (Sie erfolgt nur nach Unterweisung Gefährdungsbeurteilung und zuständiger Aufsicht) (!Der Kurs ersetzt die betriebliche Arbeitsfreigabe) (!Jede Messung darf ohne Einweisung durchgeführt werden) (!Betriebsanweisungen sind optional)

Was ist ein gutes Qualitätsziel für technische Oberflächen? (Eine zur Funktion und Spezifikation passende Oberfläche) (!Immer die kleinstmögliche Rauheit) (!Immer maximal sichtbare Rillen) (!Nur eine spiegelnde Oberfläche)

Memory

Ra	arithmetische mittlere Höhe des Rauheitsprofils
Rz	abschnittsbezogene maximale Profilhöhe
Tastschnittgerät	taktile Erfassung eines Oberflächenprofils
Messrichtung	Orientierung der Tastbewegung auf der Oberfläche
Welligkeit	längerwelliger Profilanteil gegenüber Rauheit
Dichtfunktion	mögliche technische Anforderung an eine Oberfläche

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Ra	Mittelwertorientierte Rauheitskenngröße
Rz	Spitzen-Tal-orientierte Rauheitskenngröße
Tastspitze	Folgt der Oberflächenstruktur
Prüfplan	Legt betriebliche Prüfschritte fest
Bearbeitungsrichtung	Beeinflusst die sinnvolle Messorientierung

Kreuzworträtsel

Rauheit	Wie heißt der kurzwellige Anteil der Oberflächenstruktur im Vergleich zu Form und Welligkeit?
Taster	Welches Bauteil folgt beim taktilen Verfahren der Oberfläche?
Profil	Welche Linienansicht entsteht aus dem Tastschnitt?
Welligkeit	Welche längerwellige Oberflächenabweichung wird von Rauheit unterschieden?
Dichtung	Welche Funktion kann durch Riefen auf einer Kontaktfläche beeinträchtigt werden?
Mikrometer	Welche Einheit wird bei Rauheitskennwerten häufig verwendet?

LearningApps

Lückentext

Der Kennwert

beschreibt vereinfacht die mittlere betragsmäßige Abweichung des Rauheitsprofils. Der Kennwert

reagiert stärker auf ausgeprägte Spitzen und Täler. Ein taktiles Messgerät erzeugt aus der Bewegung der Tastspitze ein

. Bei gerichteten Bearbeitungsspuren wird die Messrichtung häufig

zur dominanten Rillenrichtung geprüft. Die Rauheit wird oft in

angegeben. Ein einzelner Kennwert beschreibt die technische

einer Oberfläche nicht vollständig. Für die Entscheidung müssen die geforderten

und die festgelegten Messbedingungen berücksichtigt werden. Praktische Werkstattarbeiten setzen eine vorherige

voraus.

Offene Aufgaben

Leicht

Ra erkennen: Markiere in drei Beispiel-Messprotokollen, welcher Wert Ra ist und notiere die Einheit.
Rz erkennen: Vergleiche zwei Messstellen und entscheide, welche den höheren Rz-Wert besitzt.
Oberflächenfoto beschreiben: Beschreibe an einem freigegebenen Werkstoffbild nur sichtbare Strukturen, ohne daraus ungeprüft Messwerte abzuleiten.
Messrichtung skizzieren: Zeichne Bearbeitungsrillen und eine sinnvolle erste Messrichtung quer dazu.

Standard

Prüfplan lesen: Entnimm einem bereitgestellten Übungsprüfplan Prüfmerkmal, Grenzwert, Messstelle und Messrichtung.
Messprotokoll auswerten: Beurteile fünf vorgegebene Ra- und Rz-Werte und begründe jede Entscheidung.
Messkette erklären: Erstelle eine beschriftete Skizze von Tastspitze, Vorschubrichtung, Werkstück und Profilanzeige.
Fertigungsverfahren vergleichen: Vergleiche Fotos einer gefrästen und einer gehonten Oberfläche und formuliere Hypothesen, welche Strukturen aus dem Verfahren stammen könnten.

Schwer

Grenzfall diskutieren: Ein Messwert liegt sehr nah am Grenzwert. Erkläre, warum Messunsicherheit, Prüfregel und Wiederholungsmessung für die Entscheidung wichtig werden können.
Funktionsanalyse: Entwickle für eine Dichtfläche, eine Gleitfläche und eine Lackierfläche je zwei Fragen, die vor der Wahl einer Rauheitsanforderung geklärt werden müssen.
Fehleranalyse planen: Entwirf eine systematische Ursachenanalyse für stark streuende Rauheitswerte an mehreren Messstellen.
Prüfstrategie übertragen: Übertrage das Vorgehen des Ausbildungsfalls auf ein anderes Bauteil und begründe Prüfmerkmal, Messstellen, Messrichtung und Dokumentation.

Lernkontrolle

Mehrere Kennwerte zusammenführen: Eine Messstelle erfüllt Ra, überschreitet aber Rz. Begründe die Entscheidung und beschreibe, welche Information Du zusätzlich prüfen würdest.
Messrichtung begründen: Erkläre an einer Oberfläche mit parallelen Fräsrillen, wie die Messrichtung das Ergebnis beeinflussen kann und wann eine andere Richtung vorgeschrieben sein könnte.
Funktion ableiten: Begründe, warum eine Dichtfläche, eine Gleitfläche und eine Haftfläche nicht automatisch dieselbe Rauheitsanforderung benötigen.
Profil interpretieren: Vergleiche zwei gedachte Profile mit gleichem Ra, aber unterschiedlicher Tiefe einzelner Riefen. Leite ab, welche zusätzliche Kenngröße oder Information Du heranziehen würdest.
Altzeichnung bewerten: Eine ältere Zeichnung verweist auf frühere Rauheitsnormen. Erkläre, warum Du die Angabe nicht ohne Prüfung mit aktuellen Default-Bedingungen gleichsetzen darfst.
Messkette prüfen: Entwickle eine Reihenfolge von der Zeichnungsforderung bis zur dokumentierten Entscheidung und begründe jeden Schritt.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

Ra und Rz fachlich unterscheiden kannst.
Messwerte mit vorgegebenen Grenzwerten korrekt vergleichst.
Messrichtungen aus der Oberflächenstruktur und aus Vorgaben ableitest.
das Tastschnittprinzip erklären kannst.
Rauheit mit technischer Funktion verknüpfst.
Prüfentscheidungen nachvollziehbar begründest und dokumentierst.
Sicherheitsgrenzen beachtest und weißt, dass dieser Kurs keine Arbeitsfreigabe ersetzt.

OERs zum Thema

Fachliche Quellenprüfung

Normenstand: Die fachlichen Kernaussagen wurden gegen öffentlich zugängliche Statusinformationen der Normenorganisationen geprüft. Volltexte kostenpflichtiger Normen werden hier nicht wiedergegeben.

DIN EN ISO 21920-1:2022-12 – Angabe der Oberflächenbeschaffenheit.
DIN EN ISO 21920-2:2022-12 – Begriffe und Kenngrößen.
DIN EN ISO 21920-3:2022-12 – Spezifikationsoperatoren.
ISO 21920-2:2021 – internationaler Status der Profilkenngrößen.
DGQ-Fachbeitrag zur ISO 21920 – Einordnung aktueller Begriffe und Messbedingungen.

Hinweis zur Aktualität: Im Jahr 2026 befinden sich Folgeredaktionen der ISO-21920-Reihe in Entwicklung. Für reale Prüfungen ist der im Betrieb freigegebene Normenstand maßgeblich.

Medien- und Rechteprüfung

Alle eingebundenen Bilder wurden auf Wikimedia Commons unter den dort ausgewiesenen freien Lizenzen oder als gemeinfrei gefunden. Maßgeblich ist jeweils die aktuelle Dateibeschreibungsseite.

Surface finish form waviness roughness.svg – CC BY-SA, Autor Emok.
Surface roughness.svg – CC0, Autor Maxmath12.
Roughness symbols.svg – Public Domain, Autor Zielu20.
Stylus Instrument.svg – CC BY-SA, Prinzip eines taktilen Profilometers.
Profilometre-detail.jpg – CC BY-SA, Detail einer Profilometerspitze.
Surface-profilometer.jpg – CC BY 4.0.
Milled aluminum surface – CC BY-SA 2.0, ZEISS Microscopy.
Honed surface.jpg – CC BY-SA, Autor Emok.
3D Profilometry Image of EN AW-6016 Aluminum – CC BY 4.0.
Abbott-firestone curve.svg – CC BY-SA 3.0.

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