Asperitätshöhen

Asperitätshöhen bezeichnen die vertikalen Abweichungen einzelner mikroskopisch kleiner Rauigkeiten einer rauen Oberfläche von einer mittleren Ebene. Sie sind ein zentrales Merkmal der Oberflächenrauheit und spielen eine entscheidende Rolle in der Kontaktmechanik, Tribologie und beim Dichtverhalten von Oberflächen. Die Höhe der Asperitäten bestimmt maßgeblich, wie viel reale Kontaktfläche sich gegenüber der nominalen Fläche ausbildet, wie der Kontaktlastverteilung entsteht und wie schnell Verschleiß oder Dichtungsglühen einsetzen.

Statistisch werden Asperitätshöhen oft als Zufallsvariable beschrieben. In vielen klassischen Modellen der Kontaktmechanik, wie dem Greenwood-Williamson-Modell, wird die Höhenverteilung häufig als Gaußverteilung angenommen. Typische Parameter sind der Mittelwert, die Standardabweichung der Höhe sowie die maximale Ausprägung. In bestimmten Fertigungsprozessen oder Werkstoffpaarungen können auch exponentielle oder log-normale Verteilungen besser geeignet sein. Die Annahmen hängen von der Art der Oberflächenbildung, dem Material und dem Bearbeitungsprozess ab.

Messung und Charakterisierung erfolgen durch profilierende Verfahren. 2D- oder 3D-Oberflächenmessungen mit Profilometern, optischen Profilometern oder Rasterkraftmikroskopen ermöglichen die Ermittlung der Höhenverteilung, aus der Eigenschaften wie Rz, Ra oder Rq abgeleitet werden. Aus der Verteilungsfunktion lassen sich reale Kontaktfläche, Kontaktmechanik und potenzielle Leckwege in Dichtungen ableiten.

Anwendungen umfassen den Kontakt zwischen Tribomaterialien, Dichtungen, Zahnrädern und Geomaterialien, wobei Asperitätshöhen die Leistungsfähigkeit von Verbindungen und deren Verschleißverhalten beeinflussen.