Welcher Kunststoff ist geeignet für Vakuum?

Hallo!
Ich habe vor, mir einen neuen Tisch für meine Vakuumglocke zu bauen, da ich eine Bodenplatte benötige, die nicht elektrisch leitfähig ist und auch nicht abschirmend wirkt.
Darum sollte es ein Kunststoff sein. Außerdem will ich noch einige Anschlüsse (Schläuche, Kabel) anbringen, was bei Kunststoff natürlich deutlich einfacher geht.

Die Glocke hat einen Durchmesser von 40cm. Die Bodenplatte soll quadratisch werden, und in jeder Ecke ein Bein bekommen.

Der genaue Druck sollte keine so große Rolle spielen. In der Glocke nahe 0 und außerhalb etwa 1 bar Atmosphäre.

Welcher Kunststoff käme denn hier in Frage bzw. ist am besten geeignet?

  • PMAA (Plexiglas, Acrylglas)
  • PC (Polycarbonat, Makrolon)
  • Hart PVC

Und wie dick sollte die Platte sein?
Sowas kann man denke ich auch berechnen -> Festigkeitslehre. Allerdings ist mir das viel zu hoch.

Danke schonmal im Voraus!

Hallo,
ich würde Hart-PVC in Stärke ~2 cm nehmen…

Hallo DraconianBlaze,

von der Festigkeit her eher PC, aber für Vakuum habe ich leider keine Ahnung.

Michael

Hallo

Hier stellen sich vorab einige Fragen:

  • soll das Vakuum dauerhaft anliegen oder nur jeweils für kurze Zeit?
  • muss die Platte transparent sein?

Problematisch bei den genannten Thermoplasten ist das Fließen unter Belastung. Das heißt, bei stetiger Krafteinwirkung durch ein Vakuum wird das Material eine nichtreversible Verformung eingehen. Dementsprechend sollte eine bestimmte Materialstärke vorgesehen werden.

Zum Thema Transparenz kommen nur Polycarbonat (PC) und Polymethylmethacrylat (PMMA) in Frage, Hart-PVC wäre da nicht geeignet.

Wenn das Ganze nicht transparent sein muss, würde ich eine Sperrholzplatte/Leimholz nehmen. Etwa in Stärke einer Küchenarbeitsplatte.

Erfahrungen mit derartigen Belastungen auf Kunststoffe, auch speziell über längere Zeiträume, habe ich noch nicht gemacht.

Die Flächenkraft auf den Kreisbereich unter der Glocke beträgt über 12500 N, was einer Gewichtskraft von über 1270 kg entspricht.

Bei Kenntnis der Materialkennwerte ließe sich sicher etwas konkretes berechnen, jedoch rate ich von Thermoplasten ab und würde einfach ein anderes Material nehmen.

Eine starke PC- oder PMMA-Platte kostet sicher auch einiges.

Gruß

gleipnir

Hallo!

danke erstmal für die Antworten!
An das Kriechen habe ich ja noch garnicht gedacht.

Die Belastung würde meist so ca. 30 min dauern, kann aber auch schonmal mehr sein.
Erschwerend kommen ja noch einige Bohrungen für Anschlüsse hinzu, die gas ganze ja noch weiter instabil machen.

Transparenz ist nicht notwendig, mir sind nur gerade keine härteren Kunststoffe eingefallen :wink:

Was mir noch einfällt wäre GFK bzw. CFK. CFK verabscheue ich allerdings zu bohren. Da ist eher der Bohrer hin, als das Loch drin und dann dieser widerliche Staub. Bei GFK ist das schon angenehmner.

Was die Materialkennwerte angeht, diese sollten doch per google auffindbar sein. Ich weiß nur nicht, welche genau benötigt werden.

Dazu dann noch ein paar mm extra Spielraum und es sollte laufen.

Ich habe auf jeden Fall schon Vakuum Kammern gesehen, wo PMMA oder PC Scheiben drin waren, weiß nicht genau was. richtiges Glas war es auf keinen Fall.
Ich kann mich an ein Rohr aus Edelstahl erinnern, mit ca. 40cm Durchmesser und einer Scheibe aus PC/PMMA die ca. 25mm dick war. Das wurde auch schon länger betrieben, also scheint das mit dem Kriechen/Fließen doch nicht so wild zu sein. Allerdings waren da auch keine Löcher drin, nur am Rand ein paar zum Verschrauben.

Moin

Die Materialkennwerte herauszufinden ist kein Problem, nur würde ich auf die Frage nun nicht einfach alle Kunststoffe durchprobieren, sondern explizit die Daten der Hersteller heranziehen.
Zudem ist PC nicht gleich PC und gleiches gilt auch für PMMA und alle anderen Kunststoffe.
Das die Nuancen nicht unbedingt ausschlaggebend sind lässt sich in den meisten Fällen nicht bestreiten, jedoch lässt es sich nicht pauschalisieren, auf die Additivierung kommt es an.

Die Härte sagt nichts über die Eignung aus, die Festigkeit steht nicht im direkten Zusammenhang dazu.
Eine eher weiche Oberfläche hat auch ihre Vorteile.
Sicher ist es möglich PC oder PMMA einzusetzen, jedoch nicht die günstigste Variante. Die Bohrungen für die Verschraubung im glockenäüßeren Bereich spielen keine tragende Rolle.

CFK sagt noch nichts über die Matrix aus, ebensowenig GFK.

Für den Bohrer oder die Säge ist GFK mitunter noch abrasiver als CFK. Derartige Systeme sind nicht zwingend besser und nicht unbedingt erforderlich.

Aus Kostengründen würde ich einfach eine Platte aus Holz oder Metall nehmen. Im Metall lassen sich Gewinde bessser einbringen und abdichten.

Wenn es nur schick aussehen soll, okay, dann gerne PC oder PMMA. Aber es müsste wesentlich stärker ausgelegt sein als Metall.

Es spielt auch noch die Frage der Medienbeständigkeit mit rein. Wird mit organischen Lösungsmitteln gearbeitet, die die Platte verspöden könnten?

Wenn bekannt ist, dass es mit PC oder PMMA funktioniert, dann verstehen ich nicht, weshalb eine Frage nötig ist. Platten kaufen und ausprobieren.

Allerdings:

Starke PC- oder auch PMMA-Platten lassen sich mit einfachen Bohrern auch nicht sehr komfortabel bearbeiten. Da würde ich Metall oder Holz vorziehen, das schmilzt wenigstens nicht und verklebt nicht den Bohrer.

Gruß

gleipnir

Wird mit organischen Lösungsmitteln gearbeitet, die die
Platte verspöden könnten?

Nein, das schlimmste was passieren kann, ist tropfendes Metall, Plasma und UV-Strahlung.

Wenn bekannt ist, dass es mit PC oder PMMA funktioniert, dann
verstehen ich nicht, weshalb eine Frage nötig ist. Platten
kaufen und ausprobieren.

Hehe, Vakuum … wenn da was bei der Größe implodiert, überlebt das die Glocke wahrscheinlich auch nicht. Was mit dem davor passiert, will ich garnicht wissen.

Allerdings:

Starke PC- oder auch PMMA-Platten lassen sich mit einfachen
Bohrern auch nicht sehr komfortabel bearbeiten. Da würde ich
Metall oder Holz vorziehen, das schmilzt wenigstens nicht und
verklebt nicht den Bohrer.

Ich habe Plexiglas (Hobbyplast 5mm) schon verarbeitet. Die Standbohrmaschine auf die langsamste Stufe gestellt und einen Tropfen Altöl dazu wirkt Wunder.

Metall ist ungeeignet, da ich mit hohen Spannungen arbeite, bzw. mit Plasma. Da ist es ungünstig, wenn der Strom wo anders abfließt.
Auch wenn man die Metallplatte lackieren würde (isolieren), ist spätestens bei den Anschlüssen wieder Kontakt da (Gewinde).

Und Holz: Das wird doch niemals dicht!

Was mir noch einfällt, ist mehrere „Reststücke“ zu verkleben. Also 2 PMMA-Platten a 20mm mit Acrifix verkleben. Dann sollte mit 40mm nichts mehr schiefgehen.

Tropfendes Metall, Plasma und UV-Strahlung schädigen die Kunststoffe erheblich. Die Strahlen lassen den Werkstoff schnell altern und somit verspröden.
Das Abdichten sehe ich bei Holz weniger als das Problem.
Die Entscheiduzng scheint allerdings bereits getroffen zum PMMA.

Die Glocke wird bei kollabieren der unteren Platte nicht zwangsläufig schaden nehmen.

5 mm sind sicher etwas dünn. Aus mehreren Teilen eine Platte zusammenzustückeln ist fraglich wenn diese nebeneinander gefügt würden.
Übereinander hingegen ist es bei der Fläche schon anspruchsvoll das Ganze gleichmäßig flächendeckend und plan hinzubekommen. Müsste ausprobiert werden und kann gut klappen.

Spanende Bearbeitung ist möglich, da widerspreche ich nicht, das passende Werkzeug muss nur vorhanden sein und Geduld.

Dennoch ist mir die eigentliche Frage nun noch weniger klar als zu Beginn. :wink:

Tropfendes Metall, Plasma und UV-Strahlung schädigen die
Kunststoffe erheblich. Die Strahlen lassen den Werkstoff
schnell altern und somit verspröden.

Dafür kommt eine Silikonmatte zum Schutz rein, die hält einiges ab.

Das Abdichten sehe ich bei Holz weniger als das Problem.

Ich weiß nicht, ich traue Holz sowas einfach nicht zu. Wie gesagt, die Bohrungen machen mir Angst.

Die Entscheiduzng scheint allerdings bereits getroffen zum
PMMA.

Nicht zwangsweise, ich wollte nur wissen, was hier grundsätzlich am stabilsten ist.

Die Glocke wird bei kollabieren der unteren Platte nicht
zwangsläufig schaden nehmen.

Das ist aber keine Garantie, dass es nicht passiert. Und wenn, dann habe ich viele Glassplitter -> kann böse ins Auge und sonstwo gehen.

5 mm sind sicher etwas dünn. Aus mehreren Teilen eine Platte
zusammenzustückeln ist fraglich wenn diese nebeneinander
gefügt würden.
Übereinander hingegen ist es bei der Fläche schon
anspruchsvoll das Ganze gleichmäßig flächendeckend und plan
hinzubekommen. Müsste ausprobiert werden und kann gut klappen.

Ich hatte da aber eher 20mm Platten im Sinn. Mit 5mm habe ich nur schon Erfahrungen.
Das großflächige verkleben müsste mit Acrifix 192 auch funktionieren. „Kleine“ Klebflächen (~2 dm^2) habe ich damit auch schon ideal hinbekommen. Anschließend Tempern macht die Sache noch besser.

Spanende Bearbeitung ist möglich, da widerspreche ich nicht,
das passende Werkzeug muss nur vorhanden sein und Geduld.

Werkzeug ist vorhanden (normale Metallbohrer + Standbohrmaschine). Geduld sowieso, wird ja keine Massenproduktion.

Dennoch ist mir die eigentliche Frage nun noch weniger klar
als zu Beginn. :wink:

Welches Material ist grundsätzlich am besten geeignet?

Prinzipiell eignen sich alle drei Thermoplaste, die Haltbarkeit und Auslegung ist allerdings unterschiedlich. Wenn eine Silikonmatte darauf liegt sind auch die emittierten Stoffe aus der Reaktion mit dem heißen Metall kein Problem.

Der favorisierte PMMA hat die Eigenschaften, dass bei Standardtypen keine keine Leitfähigkeit vorhanden ist.
Die Festigkeit, wie auch die Bearbeitbarkeit sind ordentlich.

Nachteilig beim PMMA ist im Vergleich zum PC eventuell die bedingte Schlagzähigkeit bei Standardtypen.
Sollte es jedoch zum Riss kommen und Luft eintreten, so wird wohl nur das Vakuum mit Luft aufgefüllt. Da das Glas vakuumfest sein muss, wird es auch dann nicht Schaden nehmen. Es gibt jedoch auch Beschichtete, die im Falle einer Perforation und eines Sprunges die Glassubstanz zusammen halten.

Viel Spaß beim Basteln!

Gruß

gleipnir

Hallo,
Kunststoffe gehören nicht unbedingt zu meinen Spezialgebieten, aber ich habe relativ gute Erfahrungen mit MACROLON (also ein Polycarbonat) gemacht. Gute bearbeitbarkeit, Hohe festigkeit, splittert nicht so schnell.

Die Belastung kannst Du selber ausrechnen.
Kraft = Druck x Fläche
also 0,1 N/mm2 x 1,25m2

Die platte also lieber ordentlich dick machen…

viel Erfolg
M.

Hallo,
zur Kunsstoffsorte kann ich wenig sagen; Plexiglas hört sich für mich vernünftig an.
Zur Dicke: 40 im Quadrat heisst gute 100kg. Also
geschätzt 2 cm.

Gruß
Fritz