Invar-Bearbeitungstoleranzen: Was eine Werkstatt halten kann und was es kostet

Von Invar Machining editorial team· Aktualisiert 26. September 2026

Eine Zeichnung, die jedes Merkmal auf ±0,005 mm toleriert, weil das Bauteil Invar ist, kostet meist mehr als nötig, und eine Zeichnung, die jedes Merkmal locker lässt, riskiert ein Bauteil, das nicht das tut, wofür Invar gedacht ist. Eine Werkstatt, die regelmäßig Invar 36 bearbeitet, hält an einem stabilen Bauteil routinemäßig ±0,01 bis ±0,025 mm, und enger an wenigen Merkmalen mit zusätzlichem Aufwand. Zu wissen, welche Merkmale diesen Aufwand rechtfertigen, und wie man es auf der Zeichnung angibt, macht den Unterschied.

Was realistisch ist

An einem gut bearbeiteten Invar-36- oder Super-Invar-Bauteil, das Schruppen, Spannungsarmglühen und Schlichten durchlaufen hat, bieten Werkstätten kritische Merkmale üblich im Bereich ±0,01 bis ±0,025 mm an. Engere Toleranzen sind an bestimmten, gut gestützten Merkmalen erreichbar, besonders nach einem Stabilisierungszyklus, kosten aber mehr Aufwand und Prüfzeit. Alloy 42 und Kovar, die oft in dünnen Abschnitten und Blech verwendet werden, werden meist konservativer toleriert, etwa ±0,025 mm, weil Aufspannung und Ebenheit die erreichbare Genauigkeit mehr bestimmen als der Zerspanungsprozess.

Die Tabelle zeigt typisch erreichbare Werte nach Merkmalstyp an Invar 36 und was die Werkstatt hinzufügen muss, um sie zu erreichen. Das sind typische Werte, keine Spezifikation. Das Angebot der Werkstatt ist für Ihre Geometrie maßgeblich.

Merkmalstyp	Typisch erreichbare Toleranz	Was es braucht	Typischer Kosteneffekt
Gesamtlänge oder -breite, allgemein	±0,05 bis ±0,1 mm	Ein Setup, normale Praxis	Basiswert
Bohrungsdurchmesser, gerieben oder aufgebohrt	±0,01 bis ±0,02 mm	Schlichtdurchgang nach Spannungsarmglühen	Kleiner Anstieg
Bohrungsposition zu einem Bezug	±0,01 bis ±0,025 mm	Schlichten in einem Setup, KMG-Prüfung	Mäßiger Anstieg
Ebenheit an einer Montagefläche unter 100 mm	0,005 bis 0,01 mm	Schlichtschliff nach Glühen, Temperierung, KMG bei 20 °C	Mäßiger Anstieg
Ebenheit an einer Fläche über 300 mm	0,01 bis 0,03 mm	Vollständige Abfolge, spannungsarme Aufspannung, KMG pro Teil	Großer Anstieg
Parallelität zwischen zwei Flächen	0,01 bis 0,02 mm	Beide Flächen nach Glühen geschlichtet, wenn möglich gleiches Setup	Mäßiger Anstieg
Dünnwanddicke unter 2 mm	±0,025 bis ±0,05 mm	Vakuum- oder kraftarme Aufspannung, wechselseitige Durchgänge	Großer Anstieg, Ausschussrisiko
Kleines Merkmal, zusätzliche Durchgänge	±0,005 mm	Zusätzlicher Durchgang, Temperierung, KMG pro Teil, Ausschussreserve	Zwei- bis dreimal die ±0,025 mm Position

Ein dünnwandiges Bauteil, eine tiefe Tasche oder ein Merkmal weit von einem Aufspannpunkt hält unabhängig vom Werkstoff eine lockerere Toleranz als ein kurzer, gut gestützter Absatz. Die Kostenseite derselben Tabelle steht in warum Invar-36-Teile teuer sind.

Prüfung bei 20 °C und ISO 1

Der ganze Zweck von Invar ist, seine Größe mit der Temperatur sehr wenig zu ändern, aber “sehr wenig” ist nicht “gar nicht”. ISO 1 legt 20 °C als Standardreferenztemperatur für geometrische Produktspezifikationen fest, was bedeutet, dass jedes Maß auf Ihrer Zeichnung standardmäßig ein Maß bei 20 °C ist. Ein auf dem Werkstattboden bei 24 °C gemessenes Bauteil ist um einen kleinen, aber realen Betrag gewachsen. Am Invar-Bauteil selbst ist dieses Wachstum winzig. An den KMG-Skalen, an einer Stahlvorrichtung und an einem passenden Aluminiumteil ist es das nicht, und an einem auf wenige Mikrometer tolerierten Merkmal kann der Unterschied das gesamte Toleranzband sein.

Drei Dinge folgen daraus für den Käufer:

• Fragen Sie nach der Temperierung. Ein präziser Invar-Prüfbericht sollte die Messtemperatur nennen und wie lange das Bauteil vor der Messung im Raum lag. Mehrere Stunden sind für ein Bauteil von wenigen Kilogramm üblich.
• Fragen Sie, wo das KMG steht. Ein KMG in einem temperaturgeregelten Raum nahe 20 °C liefert Zahlen, die Sie mit Ihrer eigenen Wareneingangsprüfung vergleichen können. Ein KMG auf dem Werkstattboden tut das an engen Merkmalen nicht.
• Sagen Sie, wenn Ihre eigene Prüfung anderswo stattfindet. Wenn das Bauteil in ein anderes Klima versendet und dort gemessen wird, braucht der Bericht die Temperatur, damit sich beide Zahlensätze abgleichen lassen.

Wie ein guter Bericht aussieht und wonach zu fragen ist, steht in Invar-KMG-Prüfberichte. Definitionen von Temperierung, Referenztemperatur und verwandten Begriffen stehen im Glossar.

GD&T-Angaben, die bei Invar wichtig sind

Geometrische Toleranzen, meist nach ASME Y14.5 gezeichnet, sind der Punkt, an dem Invar-Bauteile am häufigsten zusätzliche Überlegung brauchen. Drei Angaben wirken direkt mit der in Spannungsarmglühen für bearbeitete Invar-Bauteile beschriebenen Abfolge zusammen:

• Ebenheit an einer Montage- oder Referenzfläche. Die Form des Bauteils verschiebt sich leicht während des Ofenzyklus, daher sollte eine Ebenheit, die eng genug ist, um wichtig zu sein, durch einen Schlichtschliff nach dem Spannungsarmglühen erzeugt und nach Temperierung geprüft werden. Eine nach dem Schruppen gemessene Ebenheit sagt nichts über das gelieferte Bauteil aus.
• Position von Passbohrungen und Dübellöchern. Position wird gehalten, indem alle Bohrungen nach dem Glühen in einem Setup geschlichtet werden, mit bereits geschlichteten Bezugsflächen. Fragen Sie die Werkstatt, ob das Bezugsschema auf der Zeichnung zu ihrer Aufspannung passt.
• Parallelität und Rechtwinkligkeit zwischen Referenzflächen. Diese sind am günstigsten, wenn beide Flächen im selben Setup geschlichtet werden können. Eine Zeichnung, die zwei Bezugsflächen in unterschiedliche Setups zwingt, kostet mehr und hält weniger.

Zwei Dinge sind zu vermeiden. Setzen Sie keine enge Profiltoleranz auf eine äußere Fläche, die nichts berührt. Nutzen Sie keine allgemeine Notiz wie “alle Flächen eben innerhalb von 0,005” statt konkreter Angaben, denn die Werkstatt wird entweder jede Fläche zu diesem Wert bepreisen oder es ignorieren, und beides ist schlecht. Nennen Sie das Merkmal, den Bezug und die Zahl.

Welche Merkmale die engste Toleranz brauchen

Die Merkmale, die eine enge Invar-Toleranz rechtfertigen, sind die, die Ausrichtung, Passung oder optischen Weg steuern:

• Montageflächen, die die Position einer Optik, eines Sensors oder einer Vorrichtung festlegen
• Bohrungsdurchmesser und -positionen, die Dübel, Lager oder kinematische Elemente lokalisieren
• Ebenheit an einer für die nachfolgende Montage genutzten Referenzfläche
• Abstand zwischen zwei Montagemerkmalen, wenn dieser Abstand der Grund ist, warum das Bauteil aus Invar ist

Merkmale, die Passung oder Funktion nicht beeinflussen, wie ein äußeres Profil, eine nicht passende Kante oder ein Entlastungsschnitt, können bei einer Standardbearbeitungstoleranz wie ±0,1 mm laufen, ohne die Leistung des Bauteils zu beeinflussen. Sie nur wegen des Werkstoffs Invar eng zu tolerieren, erhöht die Prüfzeit ohne funktionalen Nutzen.

Rechenbeispiel: ein Temperaturband in einen CTE umrechnen

Toleranz und Werkstoffwahl sind dieselbe Entscheidung von zwei Seiten betrachtet. Nehmen Sie eine hypothetische 250 mm lange Messtechnikvorrichtung, die zwei Messtaster lokalisiert. Ihr Abstand muss insgesamt innerhalb von 0,004 mm bleiben, und das Labor wird bei 20 ± 5 °C gehalten. Der Konstrukteur teilt das Budget: 0,002 mm für thermisches Wachstum, 0,002 mm für Bearbeitung und Montage.

Der thermische Anteil legt den nötigen CTE fest:

Benötigter CTE = zulässiges Wachstum / (Länge × Temperaturschwankung) = 0,002 mm / (250 mm × 5 °C) = 1,6 ppm/°C

Die Tabelle zeigt, wie typische Werkstoffe abschneiden. CTE-Werte sind typische Handbuchangaben bei Raumtemperatur. Maßgeblich ist das Werkszertifikat.

Werkstoff	Typischer CTE, ppm/°C	Ausdehnung über 250 mm und 5 °C	Passt in das 0,002 mm Budget
Aluminium 6061	23	0,029 mm	Nein
Edelstahl 316	16	0,020 mm	Nein
Titan	8,6	0,011 mm	Nein
Kovar	5,2	0,0065 mm	Nein
Invar 36, geglüht	1,2 bis 1,6	0,0015 bis 0,0020 mm	Ja, an der Grenze
Super Invar	0,3 bis 0,6	0,0004 bis 0,0008 mm	Ja, mit Reserve

Geglühtes Invar 36 passt in das Band, ohne Reserve am oberen Ende seines Bereichs. Das hat zwei Konsequenzen für die Zeichnung. Erstens ist das 0,002 mm Bearbeitungsbudget auf dem Abstand real und sollte als Positionstoleranz auf den beiden Messtaster-Bohrungen angegeben werden, geschlichtet nach dem Spannungsarmglühen und gemessen bei 20 °C. Zweitens ist das Spannungsarmglühen nicht optional, denn eine kaltverformte Oberfläche mit höherem effektivem CTE würde das thermische Wachstum über das Budget treiben. Würde das Laborband auf 20 ± 10 °C erweitert, fiele der benötigte CTE auf 0,8 ppm/°C, und die Vorrichtung müsste zu Super Invar wechseln, oder das Budget müsste sich ändern. Dieser Tausch wird in wenn Invar 36 nicht ausreicht behandelt, die Temperaturabhängigkeit selbst in Invar-36-CTE gegen Temperatur.

Toleranzkette bei Baugruppen

Wenn ein Invar-Bauteil mit einem Gehäuse oder einer Halterung aus einem anderen Werkstoff zusammenpasst, muss die Gesamttoleranzkette der Baugruppe die CTE-Fehlanpassung berücksichtigen, nicht nur die einzelnen Bauteiltoleranzen. Eine enge Positionstoleranz am Invar-Bauteil allein garantiert keine Ausrichtung über einen Temperaturbereich, wenn das passende Aluminiumteil sich mit 23 ppm/°C ausdehnt. Über ein 100 mm Bohrmuster und eine 10 °C Schwankung bewegt sich das Aluminium um 0,023 mm, während das Invar sich um etwa 0,0014 mm bewegt, sodass die Verbindung 0,02 mm relative Bewegung zulassen muss, oder die Schrauben belasten das Invar-Teil und verbiegen es. Das ist eine Designentscheidung, aber es lohnt sich, sie früh mit Ihrer Werkstatt zu besprechen, da sie ändern kann, welche Merkmale am Invar-Teil die engste Kontrolle brauchen und ob Langlöcher oder Federelemente die bessere Antwort sind. Die Fehlanpassung ist auch wichtig für die langfristige dimensionale Stabilität, da eine belastete Verbindung kriecht.

Ein praktischer Ansatz zur Tolerierung Ihrer Zeichnung

1. Identifizieren Sie die zwei oder drei Merkmale, die Passung, Ausrichtung oder optische Leistung steuern, und tolerieren Sie diese eng.
2. Lassen Sie alles andere bei einer allgemeinen Bearbeitungstoleranz wie ±0,1 mm.
3. Schreiben Sie die engen Anforderungen als GD&T-Angaben mit Bezügen, nicht als allgemeine Notiz.
4. Geben Sie die Messtemperatur an, 20 °C nach Temperierung, auf der Zeichnung oder der RFQ, wenn eine Toleranz unter etwa ±0,02 mm liegt.
5. Legen Sie Spannungsarmglühen zwischen Schruppen und Schlichten fest, damit die engen Merkmale an einem Bauteil geschnitten werden, das sich nicht mehr bewegt.
6. Fragen Sie die Werkstatt, was sie an Ihrer konkreten Geometrie halten kann, bevor Sie die Zeichnung fertigstellen. Eine Werkstatt mit Invar-Erfahrung weist oft auf ein Merkmal hin, das schwerer zu halten ist, als es auf dem Papier aussieht.

Was auf die RFQ gehört

Zwei Werkstätten, die dieselbe Zeichnung bepreisen, können auf sehr unterschiedliche Zahlen kommen, wenn eine eine Standardtoleranz an jedem Merkmal annimmt und die andere jedes Maß als kritisch annimmt. Geben Sie in der RFQ an:

• Den Werkstoff und die Norm, zum Beispiel Invar 36 nach ASTM F1684
• Die kritischen Merkmale, ihre Toleranzen und das Bezugsschema
• Die allgemeine Toleranz für alles andere
• Die Wärmebehandlung: Spannungsarmglühen zwischen Schruppen und Schlichten oder vollständige Stabilisierung
• Die Prüftemperatur und ob Sie einen Bericht pro Teil für die kritischen Merkmale brauchen
• Den Betriebstemperaturbereich, damit die Werkstatt sehen kann, ob Toleranz und Werkstoff zusammenpassen

Senden Sie Ihre Zeichnung über das RFQ-Formular mit diesen Punkten. Wir vermitteln Sie mit Werkstätten, die Ihnen vor der Zusage sagen können, ob Ihre Toleranz an dieser Geometrie realistisch ist und was sie zum Preis hinzufügt.

Häufig gestellte Fragen

Geprüft anhand von

• ASTM F1684, Standard Specification for Iron-Nickel and Iron-Nickel-Cobalt Alloys for Low Thermal Expansion Applications
• Wikipedia, Wärmeausdehnung

Die Werte in diesem Leitfaden sind typische Handbuchangaben zur Planung. Maßgeblich sind das Werkszertifikat für Ihre Schmelzcharge und das Angebot der Werkstatt für Ihre Geometrie.

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