Ausdehnungskoeffizient Metall vs. PVC

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Geek

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Ich möchte eine Gratleiste aus Stahl in eine entsprechende Gratnut aus PVC einschieben, allerdings frage ich mich, ob das mit den unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten überhaupt so funktioniert, wie ich mir das vorstelle.
Nicht dass die Ausdehnung des Stahls den Kunststoff dann zu stark verformt und die Verbindung auseinanderfällt, weil z.B. die Gratnut reißt.

Hier ist mal eine einfache Skizze, weil das so einfacher zu erklären ist.
verbindung.png

Die Skizze zeigt Variante A)

Bedeutung der Zahlenwerte:

1. M5 oder M6 Schraube aus Stahl

2. Stahlprofil, das ist die Gratleiste, ca. 5-6 mm stark,
in diese kommt eine 3-4 mm tiefe Bohrung inkl. Gewinde.

3. PVC Kunststoffplatte, ca 15-20 mm stark mit Gratnut,
diese wird mit der Oberfräse in die Kunststoffplatte eingefräst.

4. PVC, das gleiche wie bei Punkt 3.

5. Anderer Kunststoff, vermutlich auch PVC. Ungefähr genauso dick.

6. Flachstahl, ca 5-6 mm stark

7. Gummi zum abdichten

8. Direkte Sonneneinstrahlung und Wetterseite, die auch Wind und Nässe ausgesetzt ist.


Mir geht es darum, die eine Kunststoffplatte (5) durch die beiden Kunststoffplatten (3 und 4) dicht schließend zusammenzuklemmen.
Daher auch die Gummieinlage (7).

Da das ganze aber auch stabil sein soll, insbesondere das Gewinde, in dem die Schraube (1) reinkommt und die Verbindung der Gratleiste (2) mit dem PVC-Brett (3), möchte ich hierfür entsprechende Stahlprofile (2 und 6) als Bewährung verwenden.
Auch möchte ich verhindern, dass die Schraube und der Stahl als schneller Wärmeübertrager zwischen der rechten und linken Seite dient, denn auf der rechten Seite strahlt, wie man sehen kann, die Sonne (8) stark ein.
Deswegen kommt der Stahl (2), wie in der Skizze zu sehen, auf die andere Seite des PVC-Bretts (3).

Das PVC-Brett (3) soll so stabil an das äußere Kunststoffbrett (5) angeklemmt sein, so dass man schon ein Brecheisen benötigt, um diese Verbindung zu knacken.
Deswegen dachte ich an eine Gratleiste und Gratnut, wie in der Skizze zu sehen ist.

Die Frage ist jetzt halt, ob das so funktioniert, wie ich mir das vorgestellt habe.
Denn gerade die unterschiedliche Temperaturausdehnung des Materials, Stahl vs. Kunststoff könnte ich mir hier als Problem vorstellen.
Auf der rechten Seite dürfte die Sonne voll Draufknallen. Oberflächentemperaturen von 30-50 °C halte ich für denkbar.
Auf der rechten Seite soll eine Zimmertemperatur von etwa 20-23 °C herrschen.

Der Gummi (7) dient zum abdichten.
Und auf der sonnenzugewandten Seite herrscht natürlich auch Nässe und Regen vor.
Der Gummi soll die Konstruktion daher auch gegen Nässe abdichten.

Die ganze Konstruktion soll also
- vor Wärme brauchbar isolieren, es kann sein, dass ich zwischen die beiden PVC Bretter 4 und 3 noch eine Wärmedämmung anbringe
- verhindern, das Nässe eindringen kann
- und stabil sein.

Im Prinzip geht es darum, eine Balkontüre zuzumachen ohne dafür die Balkontüre direkt zu verwenden.
Vor einem Einbruch muss ich mich wahrscheinlich nicht fürchten, weil in dieser Höhe eh niemand hochkommt, aber bei Sturm sollte die Konstruktion schon sehr gut halten.



Bezüglich anderer Vorgehensweisen habe ich noch an folgende alternative Varianten gedacht:

Variante B)
Ob man anstatt einer Gratleiste (2) auch einfach einen Flachstahl an die linke Seite des PVC-Brett (3) ankleben könnte und das dann genauso stabil ist, dass weiß ich nicht, aber es würde meine Konstruktion zumindest vereinfachen.
Hier ist halt die Frage, wie groß dann die Klebefläche sein muss um das gleiche zu erreichen und auch, ob dass die bessere Variante wäre und welcher Kleber sich dafür dann eignen würde.

Variante C)
Anstatt der Gratnut und Gratleiste einen Flachstahl auf die Sonnen- und Regenzugewandten Seite setzen.
Darauf wollte ich aber eigentlich verzichten, weil ich dann den Flachstahl an der Bohrung ebenfalls mit einem Gummi versehen müsste.
Außerdem würde das zu einem starken Wärmeübertrag von der rechten zur linken Seite führen, weil Stahl eine bessere Wärmeleitfähigkeit hat.
Zudem wäre der Stahl auch der Nässe ausgesetzt. Ich wollte ihn zwar sowieso lackieren, aber mitten im Regen muss der auch nicht stehen.


Variante D)
Einfach die Schraube durch das PVC-Brett (3) durchzubohren wollte ich nicht, weil die Schrauben dann gleich eine Angriffsfläche bieten würden. Da soll also keine Mutter rausschauen und aufdrehen sollte man die schon gar nicht können.
Wenn dann ginge nur ein Gewinde in das PVC-Brett zu schneiden und das so, dass es nicht ganz durch geht, aber hier ist halt die Frage wie stabil und fest das ganze dann zusammengehalten wird.
Gewinde in PVC Kunststoff sind normalerweise ja nicht sehr stabil, daher auch mein Gedanke an die Stahleinlage.

Variante E)
Eine weitere Möglichkeit wäre, einen Flachstahl anstatt der Gratleiste (2) mit mehreren Schrauben auf der rechten Seite in mehrere Gewindebohrungen an das PVC-Brett (3) zu schrauben, hier wären dann mehrere Schrauben notwendig und diese würden dann dafür sorgen, dass das Ding genauso fest angebracht wäre.
Das Problem, dass die Gewinde im PVC irgendwann ausleihern, bleibt dabei aber bestehen, weswegen ich Variante A besser finde.


Für die Varianten B-E habe ich keine Skizzen, aber der Text sollte das ausreichend erklären.

Meine Fragen:

1. Was würdet ihr zu meiner Eingangsfrage bezüglich dem unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sagen, könnte Variante A funktionieren?

2. Welche Variante würdet ihr bevorzugen und warum?


Ein Problem hätte Variante A aber noch, zum einen müsste ich den Kauf einer Oberfräse vorziehen, das wollte ich eigentlich verschieben und zum anderen müsste ich ein entsprechendes Stahlprofil kaufen, dass sich als Gratnut eignet.
Idealerweise in einem Winkel, der dann auch zu dem Fräser passt.


EDIT:

Was ich in der Skizze noch vergessen habe:

Zwischen der Schraube (1) und dem Flachstahl (6) und dem Flachstahl (6) und der PVC Platte (4) kommt vielleicht noch jeweils ein Gummiring, so dass die Konstruktion hier auch dicht ist.

Ob das dringend nötig ist, oder es vielleicht zwecks Druckausgleich besser ist, wenn der leere Bereich in der Mitte nicht ganz abgedichtet ist, das wäre noch eine weitere Frage.
 
Kleine Ergänzung:

Ich sehe gerade, dass man Trapezförmige Stahlprofile kaum bekommt.
Ich würde daher, wenn dann ein Winkelstahlprofil (20 mm x 20 mm x 3 mm) als Gratleiste verwenden und die Bohrung mittig an der Kante anbringen und dann darin das Gewinde schneiden.
 
Dein vorhaben sollte ohne probleme funktionieren.

Bevor es probleme mit der unterschiedlichen wärmeausdehnung gibt, gibts tausend andere probleme.


Ich würde aber eher mit einer T-nut arbeiten.
Die Kraftübertragung auf dein Kunststoffprofil wäre viel effektiver.

Mit der Gradleiste kannst du die ruckizucki das Kunststoff sprengen wenn das anzugsmoment etwas zu hoch ist.
 
Spricht etwas dagegen die Grad- oder T-Leiste komplett weg zu lassen und Gewindebuchsen zu setzen? Wenn das entsprechend viele Schrauben sind kann man das Moment so weit reduzieren das sich die PVC-Leiste auch ohne Stahleinlage nimmer verzieht.
Zumal du ja bei 4mm Sackloch in die Stahleinlage kaum mehr als 2 Gewindegänge zur Verfügung hast. Also auch kein nennswertes Moment einbringen kannst.

Außerdem empfehle ich dir das mal maßstabsgerecht aufzuzeichnen. Die M5 Schraube ist in Relation zu dem 15mm starken PVC viel zu klein.


mfg JAU
 
Bei der T-Nut scheiterst an den verfügbaren Profilstählen bzw. dem geeigneten Fräser und der Stärke des PVC Bretts.

T-Profilstähle für eine T-Nut fangen z.b. erst bei 20 x 20 x 3 mm an.
Das PVC Brett wird aber nur ungefähr 15 mm dick sein.
Und Fräser, die etwa 20 mm Breit sind, haben dann auch schon eine Dicke von 10 mm. Da würde also vom Kunststoff nicht mehr viel übrig bleiben.

Oder meinst du jetzt eine T-Nut Metallschiene im Kunststoff zu versenken?
In dem Fall wäre mir die Variante E) mit dem Flachstahl lieber, da ich so die Stärke des PVC Bretts beibehalten könnte.
 
J-A-U schrieb:
Spricht etwas dagegen die Grad- oder T-Leiste komplett weg zu lassen und Gewindebuchsen zu setzen? Wenn das entsprechend viele Schrauben sind kann man das Moment so weit reduzieren das sich die PVC-Leiste auch ohne Stahleinlage nimmer verzieht.
Das würde auch gehen, aber in dem Fall wäre mir dann auch Variante E mit dem Flachstahl lieber, weil die Schrauben auch hin und wieder aufgeschraubt werden müssen.
Das wäre bei vielen Schrauben im PVC Brett nicht nur viel Arbeit, sondern die Gewinde würden auch ausleiern.
Mit der Stahlbewährung könnte ich diese mit vielen Schrauben am PVC Brett dran lassen und trotzdem das Brett entfernen, weil die Stahlbewährung dann wieder wie gehabt mit wenigen Schrauben mit dem anderen Brett verklemmt wäre.


Zumal du ja bei 4mm Sackloch in die Stahleinlage kaum mehr als 2 Gewindegänge zur Verfügung hast. Also auch kein nennswertes Moment einbringen kannst.
Das ist richtig.
Also Varinate E), da könnte der Flachstahl dann nämlich auch etwas dicker ausfallen, weil er auf dem Brett nur aufliegt.


Außerdem empfehle ich dir das mal maßstabsgerecht aufzuzeichnen. Die M5 Schraube ist in Relation zu dem 15mm starken PVC viel zu klein.

Das sollte auch nur eine einfache Skizze und keine Zeichnung werden, am Ende habe ich dann mit dem Bildbearbeitungsprogramm aber dann doch mehr gezeichnet als gemalt.
Beabsichtigt war das eigentlich so nicht, aber die Fanglinenfunktion und am Raster ausrichten hat das begünstigt.

Das nächste mal werde ich ein CAD Programm verwenden, dann geht das einfacher.
 
Geek schrieb:
Das wäre bei vielen Schrauben im PVC Brett nicht nur viel Arbeit, sondern die Gewinde würden auch ausleiern.
Die Gewinde leiern nicht aus wenn du wie vorgeschlagen Buchsen einsetzt. :wink:

Und der Aufwand ist auch relativ wenn du einen Akkuschrauber einsetzt. Dank Drehmomentbegrenzung kannst du das Ding dann auch schnell zusammenzimmern und die Schrauben sind trotzdem gleichmäßig angezogen.


mfg JAU
 
J-A-U schrieb:
Geek schrieb:
Das wäre bei vielen Schrauben im PVC Brett nicht nur viel Arbeit, sondern die Gewinde würden auch ausleiern.
Die Gewinde leiern nicht aus wenn du wie vorgeschlagen Buchsen einsetzt. :wink:
Oh, das habe ich heute Morgen irgendwie übersehen.
Ja, an so etwas habe ich noch gar nicht gedacht, das könnte klappen.

Die Gewindebuchsen werden außen selbst in ein Gewinde geschraubt, ist das so richtig?
Mir geht's darum, dass die fest drinsitzen.


Und der Aufwand ist auch relativ wenn du einen Akkuschrauber einsetzt. Dank Drehmomentbegrenzung kannst du das Ding dann auch schnell zusammenzimmern und die Schrauben sind trotzdem gleichmäßig angezogen.
mfg JAU

Einen Akkkuschrauber mit Drehmomentbegrenzung habe ich lieder nicht und momentan brauch ich das Geld auch für etwas anderes.
Ich werde die Schrauben also manuell eindrehen, nur halt ohne Drehmomentschlüssel.

Ich habe noch eine Bohrmaschine, mit der man Schrauben auch langsam eindrehen kann, nur hat die eben keine Drehmomentbegrenzung.
Wenn es einen Aufsatz für eine beliebige Bohrmaschine gäben sollte, bei der man diese so nachträglich mit einer Drehmomentbegrenzung nachrüsten könnte und dieser Aufsatz weniger als ein guter Akkuschrauber kostet, dann wäre das schon was feines.
 
Geek schrieb:
Die Gewindebuchsen werden außen selbst in ein Gewinde geschraubt, ist das so richtig?

Korrekt, bzw. sie sind selbstschneidend. So ähnlich wie man das von den sogenannten Rampamuffen für Holz kennt. Wiki.

Wobei die Buchsen, die ich bislang für Kunststoff gesehen habe, meist aus Messing waren und ein etwas feineres Gewinde hatten. Ob solche eigentlich für Holz gedachten Buchsen sich vernünftig in Kunststoff einschrauben lassen, habe ich noch nie probiert.
Die Buchsen halten durch das große Gewinde auf jeden Fall ziemlich gut.

Wenn es aber robust werden soll, dann empfehle ich eine andere Variante. Ich habe mir einfach mal erlaubt, Deine Skizze anzupassen. Durch die seitlich eingesetzten Stäbe gibt es keine Klebestelle, die bei PVC immer problematisch ist, und keine Scherkräfte durch die 45°-Schräge der Gratnut.
Falls Dir die Lösung nicht gefällt, würde ich wohl auch die bereits angesprochene T-Nut empfehlen.

Die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten sollten im übrigen kein sonderliches Problem sein, da deine Gummielemente (7) vermutlich ein oder zwei Zehntel Differenz ausgleichen können, ohne dass zu große innere Kräfte auftreten.
 

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Dev schrieb:
Geek schrieb:
Die Gewindebuchsen werden außen selbst in ein Gewinde geschraubt, ist das so richtig?

Korrekt, bzw. sie sind selbstschneidend. So ähnlich wie man das von den sogenannten Rampamuffen für Holz kennt. Wiki.

Wobei die Buchsen, die ich bislang für Kunststoff gesehen habe, meist aus Messing waren und ein etwas feineres Gewinde hatten. Ob solche eigentlich für Holz gedachten Buchsen sich vernünftig in Kunststoff einschrauben lassen, habe ich noch nie probiert.
Die Buchsen halten durch das große Gewinde auf jeden Fall ziemlich gut.
Danke für deine Antwort.
Würde etwas dagegen sprechen, welche aus Messing zu verwenden?
Ich müsste die ja eh kaufen, dann könnte ich gleich die Messingvariante nehmen, falls die für Kunststoffe besser ist.

Wenn es aber robust werden soll, dann empfehle ich eine andere Variante. Ich habe mir einfach mal erlaubt, Deine Skizze anzupassen. Durch die seitlich eingesetzten Stäbe gibt es keine Klebestelle, die bei PVC immer problematisch ist, und keine Scherkräfte durch die 45°-Schräge der Gratnut.
Die Lösung gefällt mir ebenfalls. Es dürfte nur schwierig mit dem Bohren der Sacklöcher werden.
Mein Bohrständer hat nur eine Höhe von 750 mm. Das PVC Brett ist aber 900 mm breit, da wird es schwierig, die Sacklöcher gerade reinzubohren.
Insbesondere falls ich anstatt ein 20 mm starkes Brett nur ein 15 mm starkes Brett bekommen sollte.
Da müsste ich unter Umständen dann ein dünneres Rundmaterial wählen und dann auch eine kleinere Schraube wählen.
Aber ansonsten gefällt mir die Lösung sehr.



Falls Dir die Lösung nicht gefällt, würde ich wohl auch die bereits angesprochene T-Nut empfehlen.
Bei der T-Nut Variante scheitert es an den zuvor genannten Gründen. Es gibt leider keinen Fräser, mit dem ich eine T-Nut fräsen könnte, die breit genug, aber nicht zu dick ist.
Minimum ist bei 20 mm wie schon gesagt eine dicke von 10 mm.

Da bleibt bei einem 15 mm dicken Brett nicht mehr viel übrig, das währen nämlich 2,5 mm auf jeder Seite, bei einem 20 mm dicken Brett dürfte es gehen, dann hätte ich wenigstens 5 mm auf jeder Seite.


Die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten sollten im übrigen kein sonderliches Problem sein, da deine Gummielemente (7) vermutlich ein oder zwei Zehntel Differenz ausgleichen können, ohne dass zu große innere Kräfte auftreten.
Das ist gut zu wissen. Danke.
 
Bezüglich den T-Nut Fräsern.

Richtige T-Nut Fräser in den entsprechenden Größen habe ich keine gefunden, wenn die breit genug sein sollen für einen 20x20x3 mm T-Profilstahl, dann haben die alle eine Höhe um die 10 mm.
Bsp:
http://www.ent-werkzeuge.de/index.p...l&kat=2&sprache=1&idwgnr=64&wgnr=1773&lang=de

Kleinere T-Profile aus Stahl wären eine Lösung wenn es diese gäben würde, aber ich habe keine gefunden.
Die kleinste Standardgröße hat eine Breite von 20 mm, zu viel für gängige T-Nut Fräser.


Scheibennutfräser gehen leider auch nicht, bei denen passt zwar der Durchmesser, aber an ihren Enden müssen sie viel tiefer in das Material eintauchen, als die Nut eigentlich tief ist.
Die sind also nicht dafür gedacht, eine T-Nut zu fräsen.

Mit anderen Worten, eine T-Nut kann ich nicht nehmen, weil ich sie nicht in das Material fräsen könnte.
Die Gewindebuchsen würde aber gehen.

Die Sacklöcher theoretisch auch, falls es mir gelingt, die Sachlöcher gerade genug zu bohren. Wobei mir hier gerade einfällt, dass ich mit meinem Wabeco Fräsständer ja auch den Bohrer horizontal einspannen und entsprechend bohren könnte, dann könnte ich die Sachlöcher seitlich, also horizontal in das Brett Bohren.
 
Eine Frage habe ich noch.
Was für ein Gewinde soll denn so eine Gewindebuchse haben, wenn man sie in Kunststoff schrauben möchte?
Also was für ein Gewinde ist für Kunststoff ideal?

Die normalen metrischen ISO Gewinde sind ja eher recht feine Gewinde.
Für Holz würde man diese z.B. eher nicht verwenden, da würde man ein Holzgewinde wählen.
Aber wie sieht es mit Kunststoffen aus?
 
Die normalen ENSAT (Bauform SW) sind dafür geeignet.

Auszugskraft der M5 in PVC-U: 7kN
Auszugskraft der M5 in PVC-P: 3,5kN


mfg JAU
 
Thema: Ausdehnungskoeffizient Metall vs. PVC

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