Kugelgüte G5 bis G100

Was die Zahl hinter dem G bedeutet

Zu jeder Präzisionskugel gehört eine Güteklasse. Sie steht im Lieferschein oder im Datenblatt: G5, G10, G20 oder eine andere Zahl. Das G steht für das englische grade, auf Deutsch Güteklasse. Die Zahl dahinter wird oft falsch gelesen.

Sie stammt aus der amerikanischen Norm und nennt die erlaubte Abweichung von der perfekten Kugelform, gemessen in Millionstel Zoll. G10 heißt: höchstens 10 Millionstel Zoll. Das sind 0,254 Mikrometer, die internationale Norm rundet auf 0,25 µm. Als Faustregel gilt: Formabweichung gleich Zahl mal 0,025 µm. Das stimmt von G3 bis G200.

Daraus folgt die wichtigste Regel beim Lesen: Kleiner ist genauer. Eine Kugel in G5 ist genauer als eine in G10, und eine in G100 ist grob. Wie groß die Unterschiede sind, zeigt das Bild darunter. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist rund 70 µm dick. Das ist 28-mal so viel, wie eine Kugel in G100 von der Kugelform abweichen darf.

Erlaubte Formabweichung je Güteklasse

G3 0,08 µm

G5 0,13 µm

G10 0,25 µm

G20 0,5 µm

G40 1 µm

G100 2,5 µm

Werte nach ISO 3290-1 und DIN 5401. Farbig hervorgehoben sind die Klassen, in denen wir Keramikkugeln führen.

Mehr als die Form: was die Güteklasse festlegt

Die Güteklasse ist ein Paket aus mehreren Toleranzen. So steht es auch in der Norm: eine bestimmte Kombination aus Maß-, Form-, Rauheits-  und Sortiertoleranzen. Vier davon sind für die Praxis wichtig.

• Formabweichung. Wie weit die Kugel von der perfekten Kugel abweicht. Die Norm legt zwei Kugeln mit gemeinsamem Mittelpunkt an: die kleinste, die sie außen umschließt, und die größte, die innen hineinpasst. Der Abstand zwischen beiden ist die Formabweichung.
• Schwankung des Durchmessers. Der größte minus der kleinste Durchmesser, an derselben Kugel gemessen.
• Rauheit. Wie glatt die Oberfläche ist, als Mittenrauwert Ra.
• Losstreuung. Der Unterschied im mittleren Durchmesser zwischen der dicksten und der dünnsten Kugel eines Loses. Ein Los ist eine Menge Kugeln, die unter gleichen Bedingungen gefertigt wurde. Eine Lieferung kann mehrere Lose enthalten.

Für Kugeln aus Siliziumnitrid gilt die Schwesternorm ISO 3290-2. Hersteller von Keramikkugeln geben dafür dieselben Werte an wie für Stahl. Achtung bei amerikanischen Datenblättern: Dort weichen einzelne Werte ab, etwa die Rauheit, und es gibt eigene Klassen wie G25 oder G48. Gleiche Zahl heißt also nicht immer gleiche Kugel.

Sorte und Los: warum die Zahl keine Durchmessertoleranz ist

Hier liegt der häufigste Irrtum. Viele lesen G5 als „der Durchmesser stimmt auf 0,13 µm“. So ist es nicht gemeint. Kugeln werden in Losen gefertigt und danach sortiert. Jedes Los hat einen mittleren Durchmesser, und der liegt etwas über oder unter dem Nennmaß. Um wie viel ungefähr, sagt die Sorte.

Die Sorten liegen in festen Schritten. Bei G5 ist ein Schritt 1 µm groß, und die Norm sieht die Sorten von −5 bis +5 vor. Ein Los „G5, Sorte +2“ ist im Mittel also rund 2 µm dicker als das Nennmaß. Innerhalb des Loses streuen die Kugeln dafür um höchstens 0,25 µm. DIN 5401 legt zusätzlich eine äußere Grenze fest: Bei G5 darf der mittlere Durchmesser keiner Kugel mehr als 5,63 µm vom Nennmaß abweichen.

Warum das im Lager zählt: Alle Kugeln eines Lagers tragen gemeinsam. Ist eine dicker als die anderen, trägt sie mehr als ihren Anteil. Deshalb sollen die Kugeln eines Lagers aus einem Los stammen. Wer ein Lager öffnet und Kugeln aus einer anderen Sortierung einsetzt, mischt Größen oder ändert die Lagerluft. Davon raten wir ab. Mehr dazu steht im Beitrag Keramikkugeln, einzeln gekauft.

Welche Klasse wofür

Eine Norm, die Güteklassen einem Einsatz zuordnet, gibt es nicht. Die Tabelle fasst zusammen, was Hersteller und Händler angeben. Nehmen Sie sie als Orientierung, nicht als Vorschrift.

Ein Hersteller von Präzisionskugeln bringt es auf den Punkt: Die richtige Güteklasse ist nicht einfach die engste. Sie hängt vom Einsatz und vom Werkstoff ab. Dazu kommen Last, Drehzahl, Abdichtung, Geräusch und die nötige Oberflächengüte. Und es zählt, wie die Kugel eingebaut wird.

Keramikkugeln: welche Norm gilt

Für Wälzlagerkugeln gibt es drei Normen, die man kennen sollte.

• ISO 3290-1 gilt für Kugeln aus Stahl.
• ISO 3290-2 gilt für Kugeln aus Siliziumnitrid, und nur für diese. Der Titel lautet zwar „Ceramic balls“, der Geltungsbereich nennt aber nur Siliziumnitrid. Den Werkstoff selbst beschreibt ISO 26602. In den USA gilt für diese Kugeln ASTM F2094. Sie kennt drei Klassen für Werkstoff und Qualität.
• DIN 5401 ist die deutsche Kugelnorm, gültig in der Ausgabe von 2002. Sie enthält dieselben Toleranzen wie ISO 3290 und dazu die äußeren Grenzen je Güteklasse.

Für Kugeln aus Zirkonoxid gibt es keine eigene ISO-  oder DIN-Norm. Die Hersteller übernehmen dort die Toleranzen aus DIN 5401 oder ISO 3290. Wer „G10 nach DIN 5401“ schreibt, meint: Maß und Form entsprechen den Toleranzen dieser Klasse. So halten wir es auch.

DIN 5401 führt G3 und G5 nur bis 12,7 mm Nennmaß und G10 bis 25,4 mm. Das erklärt, warum große Kugeln oft in gröberen Klassen angeboten werden. Die Toleranzen sind absolute Werte. Bei einer großen Kugel sind 0,13 µm deshalb ein viel kleinerer Bruchteil des Durchmessers als bei einer kleinen.

Damit sind wir solider Standard, aber nicht die Spitze. Kugeln in G3 gibt es am Markt, wir führen sie derzeit nicht. Wenn Sie G3 brauchen, sagen wir Ihnen das offen.

Was Sie beim Bestellen angeben

1. Werkstoff: Siliziumnitrid oder Zirkonoxid.
2. Nennmaß in Millimeter. Zollmaße rechnen wir um, 1/8″ sind 3,175 mm.
3. Güteklasse. Bei uns hängt sie am Werkstoff und an der Größe, siehe Tabelle oben.
4. Menge. Keine Mindestmenge.
5. Bei hohen Ansprüchen: die Sorte, die Lieferung aus einem Los und eine Prüfbescheinigung. Schreiben Sie das in die Anfrage, dann klären wir es vorab.

Wann eine bessere Klasse nichts bringt

Eine genauere Kugel kostet mehr. Sie lohnt sich nur, wenn der Rest genauso genau ist.

• Der Sitz ist gröber als die Kugel. In einem Rückschlagventil mit einfach gefertigtem Sitz bringt eine Kugel in G5 wenig gegenüber einer in G20.
• Die Laufbahn ist der Engpass. Eine Kugel in G3 macht aus einem einfachen Lager kein Präzisionslager.
• Die Kugel dreht sich langsam und muss nichts genau führen. Dann spielen Geräusch und Laufruhe kaum eine Rolle. Anders ist es, wenn die Kugel dichtet oder misst. Dann zählt ihre Form auch im Stillstand.

Häufige Rückfragen