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IsolierteVerschraubung.png

Hallo miteinander,

ich stehe vor einem Problem, bei dem ich mir unsicher bin, wie man es fachgerecht und zukunftssicher (z. B. auch im Hinblick auf spätere Prüfungen) löst.

Ausgangslage:
Ich möchte zwei kleine Bronzeblöcke miteinander verschrauben. Beide Blöcke stehen jedoch unter Spannung und dürfen sich elektrisch nicht berühren. Zwischen ihnen befindet sich daher ein Isolator mit 1 mm Dicke.

Mein Plan war, in den einen Block eine Tasche zu fräsen und im anderen das Gewinde unterzubringen. Allerdings hatte ich bei der ersten Verschraubung direkt einen Kurzschluss – vermutlich, weil die Schraube Kontakt zwischen beiden Blöcken hergestellt hat.

Daraufhin habe ich nach Isolierhülsen gesucht und auch welche gefunden: Diese bestehen meist aus einer Art Unterlegscheibe mit aufgesetzter Hülse, durch die die Schraube geführt wird und die ins Gewinde greift.

Meine Fragen:

* Reicht eine solche Isolierhülse aus, um die elektrische Trennung sicherzustellen?
* Oder muss auch der Schraubenkopf komplett isoliert werden, z. B. durch eine zusätzliche Hülse oder Kappe?
* Gibt es bewährte Methoden oder Normen, an die man sich bei so etwas halten sollte?

Ich habe zur Verdeutlichung ein grobes Beispielbild angehängt (nicht maßstabsgetreu).

Freue mich über jeden Tipp – gerne auch mit Hinweisen zu Bezugsquellen für passende Isolierteile.

Gruß
Mücke

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[Inventor Professional 2023] - [WIN 10]

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Moin!

Natürlich verursacht eine Schraube in der Situation einen Kurzschluss, hat Dich das etwa überrascht?

Hinsichtlich der Maßnahmen zur Isolierung sind zwei Dinge zu bedenken.

Zum einen die elektrische Spannung.
Die scheint mir hier nicht allzu hoch zu sein, also weniger als 48 V; da reicht eine isolierende Zwischenlage von 1 oder 0,5 mm aus, wenn sie stabil und nicht porös ist. Natürlich auch an der Schraube! Beim Befestigen von Leistungstransistoren auf Kühlkörpern ist das seit Langem Stand der Technik und entsprechende Isolierhülsen und auch Isolierplatten sind handelsgängig. Das wären dann auch die Stichwörter zum Suchen von Bezugsquellen. Auch Kunststoffgleitlager mit Bund könnten geeignet sein, aber Vorsicht, es gibt welche mit Beimischungen von Grafitpulver o. ä., und das wäre schlecht.

Ebenso wichtig ist die Betrachtung der mechanischen Situation.
Die Zwischenlagen müssen den zu erwartenden Betriebskräfte standhalten.
Und sie müssen irrtümliche Kurschlüsse durch Werkzeug oder lose Metallteile verhindern. (Beim Anziehen von Schrauben entstehen gelegentlich auch kleine Metallspäne, oder sie werden an magnetisch gewordenem Werkzeug hängend eingeschleppt.) Insofern ist der Gedanke, die Zylindersenkungen ebenfalls isolierend auszukleiden oder zusätzlich auch Abdeckkappen vorzusehen, nicht verkehrt.

Doppelte Sicherheit gegen Kurzschluss brächte, die Schraube(n) mittels Mutter und ebenfalls Hülsen auf der Gegenseite komplett von den elektrischen Bauteilen zu isolieren.

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

It's not the hammer - it's the way you hit!

[Diese Nachricht wurde von Roland Schröder am 07. Jul. 2025 editiert.]

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Servus,

Überrascht? Nee, nicht wirklich – deshalb frage ich ja, bevor ich's einfach mache 😉. Einen Kurzschluss gab’s zum Glück noch nicht – außer in meinen Gedanken, immer wieder mal 😄.

Die elektrische Spannung ist recht niedrig: 2–3 V bei 80–120 A (Wechselstrom).

Ich hatte an eine Isolierschicht von ca. 1 mm gedacht – lag also gar nicht so schlecht mit meiner Schätzung.

Genau mit dem Suchbegriff „Isolierhülsen für Schrauben“ habe ich gesucht, aber meistens nur welche mit Bund gefunden. Hatte schon überlegt, ob ich einfach eine Kappe über den Schraubenkopf mache, damit auch der isoliert ist.

Das ist nämlich genau das Problem, das ich mir im Kopf ausgemalt habe: Zwischen Schraubenkopf und Bronzeblock sammelt sich Schmutz, was irgendwann zu einem Kurzschluss führen kann.

Gibt’s solche „Isolierhülsen“, die auch den Schraubenkopf mit abdecken, marktüblich zu kaufen?

VG
Mücke

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https://www.ettinger.de/en/electromechanical-components/insulating-bushings-insulating-washers/insulating-bushings/

Roland
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It's not the hammer - it's the way you hit!

[Diese Nachricht wurde von Roland Schröder am 07. Jul. 2025 editiert.]

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Screenshot2025-07-07161432.png

Das ist der Schraubenschaft und der Bund, aber kein Schraubenkopf, oder habe ich da was übersehen?

Ich dachte an so etwas.
Bild =>

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[Inventor Professional 2023] - [WIN 10]

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Hallo Mücke,

es fehlen alle Randbedingungen zu deinem Problem.
Welche Spannung, welche Schrauben, welche Kräfte.

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Zitat:

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Original erstellt von Muecke.1982:
... so etwas. Bild ...

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... gibt es eher selten fertig zu kaufen, aber ein bisschen länger suchen schadet ja nicht.
- Nörpel
- Pöppelmann
- Essentra
- mouser
- keystone

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Roland  
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It's not the hammer - it's the way you hit!

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Die Spannung wurde schon genannt.

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

It's not the hammer - it's the way you hit!

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@Hochvakuum:
Mir geht es in erster Linie darum herauszufinden, ob es solche Teile zu kaufen gibt.

Zitat:

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Original erstellt von Muecke.1982:
Die elektrische Spannung ist recht niedrig: 2–3 V bei 80–120 A (Wechselstrom).

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Schraube: Ich schätze M3, eventuell auch nur M2 – je nachdem, wie viel Platz vorhanden ist.
Anzugsdrehmoment: Handfest.

Zitat:

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Original erstellt von Roland Schröder:
... gibt es eher selten fertig zu kaufen, aber ein bisschen länger suchen schadet ja nicht. ...

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Öhm, ja – ich suche tatsächlich schon immer mal wieder, da ich das Problem schon länger mit mir herumschleppe.
Ich hatte gehofft, dass ich einfach nur den falschen Begriff dafür verwende.

Deine Liste werde ich mir auf jeden Fall mal in Ruhe anschauen – danke dafür!

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Bei mir grad ähnliches Problem, allerdings 100kV und 300kV. Da beträgt die Funkenstrecke über Luft schon locker 8 und 25cm.

Hat man zufällig ein Auto mit klassischem Verbrennungsmotor? 12V und ähnliche Stromstärken hat es bei Lichtmaschine und Anlasser.

Wenn die Blöcke so zusammengeschraubt sind, wie im Bild, bilden die Blöcke schon einen Kurzschluss, dann braucht es die isolierte Schraube nicht.

Hir sieht man links oben eine gute Darstellgung und es sind auch Materialien angegeben.

https://www.agk.de/html/bauteile/schraubenisolierung.htm

Kunststoffe können keine so hohe Flächenpressung ab, daher bei den Unterlegschreiben lieber großzügig sein.

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Kunststoff unverstärkt nur mit Unterlegscheibe. 
Sonst drückt sich der Schraubenkopf in den Kunststoff.
Würde immer Unterlegscheiben verwenden und zwar Große , schon um die Schrauben fest anzuziehen.

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Klaus

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Schaue dich mal bei Igus um.
Ich habe das Problem schon mal, vor Ewigkeiten, mit Bundbuchsen gelöst. Hat astrein funktioniert.

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Isolierhulsen.png

@murphy:
Die Werte, die Du genannt hast, sind ja eine ganz andere Liga – da ist das, was ich hier habe, ja fast schon Kindergarten dagegen. 😄

Du hast recht – auf meiner Skizze habe ich tatsächlich den Isolator zwischen den Blöcken vergessen. Der kommt aber natürlich mit rein und wird im 3D-Druckverfahren aus 3301PA Nylon hergestellt, mit einer Stärke von 1 mm.

Das Thema Flächenpressung ist auf jeden Fall wichtig – wäre echt ungünstig, wenn sich die Schraube unerwartet löst oder nicht genug Druck aufbauen kann.

Ich überlege, die Isolierhülsen ebenfalls aus 3301PA Nylon fertigen zu lassen. Bin mir nur nicht sicher, ob das Material dafür wirklich geeignet ist. Preislich läge das bei etwa 0,80 € pro Stück.
=> Bild

Die Gleitlager von Igus (z. B. diese hier) sehen aber auch nicht schlecht aus – in Kombination mit einer Kappe auf dem Schraubenkopf wäre das Ganze dann auch gut geschützt.

Der Platz ist bei mir leider sehr begrenzt. Ich überlege schon, wie ich die Schrauben setzen kann, sodass ich wenigstens noch Unterlegscheiben mit unterbekomme – einfach um die Kraft besser zu verteilen.

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Die Materialien für den 3D Druck haben meistens eine niedrige Temperaturbeständikeit. 
Polyamid ist aber bis ca. 60° C in Ordnung.

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Klaus

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Und 3d-Druck-Materialien sind gern hygroskopisch, nehmen also Wasser auch aus der Luftfeuchte aus. Das ist nervig beim PLA-Filament, man kauft sich sehr schnell einen "Trockner", aber auch PA neigt dazu.

Lüften wir auch das Geheimnis um die 100 oder 300kV. Das sind solche Maschinen

https://www.youtube.com/watch?v=_JNlGH_GHq4

Wobei man die im Video vorgestellte Maschine "Wimshurst" nennt. Es gibt eine andere Bauweise, die dann die 300kV noch kann. Es ist aber kein Powergenerator dahinter, sondern eben "nur" die Leydener Flaschen.

Die ganze Leitungsverlegung und auch die Isolierungen muß man sorgfältig machen, denn die Hochspannung liegt ja nicht nur an den Kugeln an, sondern auch an vielen anderen Stellen und nimmt den kürzesten Weg. Merkt man, wenn man eine gepfeffert bekommt oder die Maschine bei völliger Dunkelheit laufen läßt.

Der Kollege im Video wußte sicher, warum er bei rund 10kV an die Kugeln gelangt hat und nicht bei seinen 70kV. Denn da spürt man es schon. Ein Funkenüberschlag, wenn man sich am Teppichboden aufgeladen hat, hat meist so um die 5-15V. Pro Zentimeter gut 10kV.

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@Muecke.1982

Da du geschrieben hast das nicht all zu viel Platz ist ist eventuell eine Möglichkeit
die Bronze-Blöcke von ausen mechanisch zu fixieren und befestigen um sich die Schraube zu sparen?
Das ist nur eine Vermutung da ich den Einbauort und die Gegebenheiten nicht kenne.

Reicht die Temperaturbeständigkeit von 3301PA Nylon für die zu erwartenden Ströme und Temperaturen aus?

[Diese Nachricht wurde von TPD-Andy am 10. Jul. 2025 editiert.]

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IsolierteVerschraubung5.png IsolierteVerschraubung4.png

Hallo TPD-Andy,

deine Idee mit dem Spannen von außen, um den Schraubenplatz sinnvoller zu nutzen, hatte ich auch schon. Deine Anregung hat mich jedoch nochmal auf eine ganz neue Konstruktion des Teils gebracht. (Ich werde noch verrückt mit diesem kleinen Bauteil – es hat es echt in sich!)

Ich habe die Schrauben nun so platziert, dass ich über eine Adapterplatte (die ist neu im Konzept) an die Bronze-Blöcke herangehe – es sind ja zwei übereinander. Dadurch muss ich nur den unteren Bronze-Block innen vor der Schraube isolieren. Das erledige ich mit der 3D-gedruckten Adapterplatte. 😉 Im oberen Bronze-Block ist dann das Gewinde.

So habe ich den Platz für den Schraubenkopf vom Bronze-Block entkoppelt.

(Mal schauen, ob meine Grundidee so funktioniert.)

Was das 3D-Druckmaterial betrifft (3301PA Nylon): Laut Website des Anbieters hält es Temperaturen bis 140 °C stand. Das sollte ausreichen – hoffe ich jedenfalls.

Zur elektrischen Leitfähigkeit habe ich leider keine Angaben gefunden.
Zitat vom 3D-Druckanbieter zum Material:

Zitat:

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3301PA Nylon
Weiße Farbe, gute Hitzebeständigkeit, hohe Festigkeit, ausgezeichnete Zähigkeit und Schlagfestigkeit, körnige Oberflächentextur.
Wärmeverformungstemperatur: 140 °C
Anwendungen: Industrielle Strukturteile, mechanische Komponenten, funktionale Baugruppen, Gehäuse für elektronische Geräte etc.
Standardmäßig gestrahlt.

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Gruß Mücke

[EDIT]
Da Bilder bekanntlich mehr als tausend Worte sagen, habe ich noch zwei Bilder meiner Adapterplatte angehängt.

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[Diese Nachricht wurde von Muecke.1982 am 10. Jul. 2025 editiert.]

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" ... hält es Temperaturen bis 140 °C stand. "
Solche Angaben ohne die entsprechende Norm sind einfach nichts wert.
Hier ein Beispiel aus Campus:
Temp. of deflection under load, 1.80 MPa 250 °C ISO 75-1/-2 
Es gibt auch noch eine Norm für ca. 8 MPa .
Und es gibt eine Norm für ca. 0,45 MPa sowie die berühmte Vicat Temperatur , die aber beide nichts mehr aussagen.
Polyamid für den 3D Druck ist meistens PA10 oder PA 12 was weniger Feuchtigkeit aufnimmt. Aber es nimmt Feuchtigkeit auf und dehnt sich dadurch. 
Bisher kam noch nicht zur Sprache, daß sich auch Metalle unter Wärme ausdehenen. Das sich die Temperatur wahrscheinlich ständig ändert, ändert sich auch die Vorspannung der Schrauben und die lockern sich dann.
Deswegen oben mein Hinweis mit den Unterlegscheiben und etwas fester anziehen. Eventuell die Schrauben dann auch eine Nummer größer.

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Klaus

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ich bin mir nicht sicher ob ich dir ganz folgen kann:

Meinst du so was?
https://jlc3dp.com/help/article/3301pa-nylon
Zitat:

Zitat:

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Material Properties
Measurement Test Method Value
Heat deflection temperature ISO 78-1:2020 @1.8 MPa 55°C
Heat deflection temperature ISO 78-1:2020 @0.45 MPa 147°C
Powder Melting Point ISO 11357-1:2020 (10°C/min) 184°C
Flexural strength ISO 527-1:2019 45MPa
Flexural modulus ISO 527-1:2019 1,500MPa
Izod Impact Strength (notched) ISO 180:2019 5 KJ/m²
Izod Impact Strength (unnotched) ISO 180:2019 20 KJ/m²
Tensile modulus ISO 527-1:2019 1,700 MPa
Tensile strength ISO 527-1:2019 48 MPa
Elongation at break ISO 527-1:2018 30%

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Macht es einen Unterschid da es sich um einen SLS Druck handelt?

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Ja, genau diese Temperaturbestädnigkeit bei 0,45 MPa von 147°C ist die
Vicat Temperatur. Da ist der Kunststoff aber schon sehr weich wie Gummi. 
Nylon steht für PA 6.6 da ist die Beständigkeit im Technischen Spritzguss ca. 30 K höher als bei PA 6.
Der Begriff Nylon wird aber manchmal auch für Polyamid allgemein verwendet.

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Klaus

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Zitat:

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Original erstellt von N.Lesch:
Da sich die Temperatur wahrscheinlich ständig ändert, ändert sich auch die Vorspannung der Schrauben und die lockern sich dann.

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Sehr zutreffend!

Und ein weiterer Grund für durchgehende Schrauben mit Mutter. Je länger die Schrauben sind, desto geringer ist der Einfluss von thermischen Maßänderungen auf die Vorspannung.

Und die thermische Maßänderung von Kunststoff ist noch größer als die von Metall.

Nach dem, was ich von dem Projekt weiß, werden die Metallblöcke selber aber nicht besonders heiß, denn sie dienen nur als stromleitende Einspannung eines elektrischen Heizelementes.

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Roland  
www.Das-Entwicklungsbuero.de

It's not the hammer - it's the way you hit!

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Zum einen ist es richtig: Die Metallblöcke selbst werden nicht besonders heiß.
Das Heizelement hingegen erreicht an seiner Spitze Temperaturen von bis zu 250 °C.

Die Metallblöcke erwärmen sich lediglich durch Strahlungshitze.
Allerdings wird das Heizelement immer nur für ein paar Minuten eingeschaltet und ist die meiste Zeit deaktiviert – also auf Umgebungstemperatur.

(Bei einem Defekt sieht die Sache natürlich anders aus.)

Aus diesem Grund mache ich mir aktuell nicht allzu große Sorgen, dass sich die Schrauben durch die Temperaturschwankungen lockern könnten.
Dennoch ist das ein guter Hinweis, den ich im Hinterkopf behalten und in meine Tests einbeziehen werde.
(Dazu fällt mir direkt eine interessante Testreihe ein.)

Ich würde gern noch einmal auf das 3D-Druckmaterial zurückkommen:

Ein kleiner Bereich von ca. 2 mm ist dafür verantwortlich, etwas Druck auf mein Heizelement auszuüben.
Ein gummiartiges Verhalten des Materials wäre hier also eher nachteilig.

Mit den genauen Zahlenwerten tue ich mich zwar etwas schwer, aber ich habe jetzt verstanden, dass
0,45 MPa ungefähr einer Konsistenz wie Gummi entspricht.

Wenn ich das richtig gelesen habe, wird bei der Vicat-Erweichungstemperatur ein 1 mm dicker Metallstift in das Material gedrückt, und die dafür nötige Kraft wird in MPa angegeben.

Folgende Materialien stehen mir beim Anbieter zur Verfügung:
MFJ(Nylon)
PA12-HP-Nylon => https://jlc3dp.com/help/article/PA12-HP-Nylon
→ Heat Deflection Temperature: ASTM D648 @ 0.45 MPa (66 psi) = 175 °C

MFJ(Nylon)
PA11-HP-Nylon => https://jlc3dp.com/help/article/PA11-HP-Nylon
→ Heat Deflection Temperature:
    @ 0.45 MPa (66 psi), XYZ: 185 °C
    @ 1.82 MPa (264 psi), XYZ: 54 °C

FDM(Plastic)
ABS => https://jlc3dp.com/help/article/ABS-Plastic
→ Heat Deflection Temperature: ISO 75 @ 1.8 MPa = 98 °C

FDM(Plastic)
PA12-CF Plastic => https://jlc3dp.com/help/article/PA12-CF-Plastic
→ Heat Deflection Temperature: ISO 75 @ 1.8 MPa = 105 °C

SLS(Nylon)
3201PA-F Nylon => https://jlc3dp.com/help/article/3201PA-F-Nylon
→ Heat Deflection Temperature: ASTM D648 @ 0.45 MPa = 147 °C

SLS(Nylon)
1172 Pro Nylon => https://jlc3dp.com/help/article/Precimid-1172-Pro
→ Heat Deflection Temperature: ASTM D648 @ 0.45 MPa = 179 °C

SLS(Nylon)
3301PA Nylon => https://jlc3dp.com/help/article/3301pa-nylon
→ Heat Deflection Temperature: ISO 78-1:2020 @ 0.45 MPa = 147 °C

Wenn ich mir die Werte so anschaue, scheint MFJ (Nylon) PA11-HP-Nylon aktuell das am besten geeignete Material für meine Anwendung zu sein.

Sollte sich das Material in der Praxis doch als ungeeignet herausstellen, bleibt mir wohl nichts anderes übrig, als nach einem anderen Anbieter zu suchen, der weitere oder besser geeignete Materialien im Sortiment hat.

Habt Ihr vielleicht eine konkrete Materialempfehlung?

Wichtig wäre:
* Nicht stromleitend,
* Temperaturspitzen bis 250 °C sollten kurzzeitig ausgehalten werden,
* Ob 3D-Druck oder CNC-Bearbeitung ist mir grundsätzlich egal –
  wobei 3D-Druck natürlich den Vorteil bietet, dass sich komplexere Formen leichter realisieren lassen.

Bin für jeden Hinweis dankbar!
Gruß Mücke

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PEEK (Polyetheretherketon)

Vor Ansehen des Preises vorher stabilen Hocker suchen. Peek läßt sich sehr gut CNC-fräsen.

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Der Hocker sollte nicht aus reinem PEEK bestehen.

Ich habe ein paar Optionen verglichen:
🔹 FDM-Druck
    PEEK GF (glasfaserverstärkt) oder PEEK CF (kohlenstofffaserverstärkt)
    Kosten: ca. 32,67 € (1 Stück)

🔹 CNC-gefräst
    Gefrästes PEEK
    Kosten: ca. 122,13 € (1 Stück)

🔹 MJF-Druck
    PA11 (HP Nylon)
    Kosten: ca. 2,15 € (1 Stück)

Tendenz geht aktuell ganz klar Richtung FDM-Druck mit PEEK GF (Glasfaser).

Ich habe bislang nur einen Dienstleister gefunden, der ein Sofortangebot online liefert.
Falls jemand noch eine gute Adresse kennt, schaue ich mir das gerne an!

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Bei der Temperaturanforderung bis 250°C ist Duroplast am günsitgsten.
Da kannst Du alles nehmen, hauptsächlich versträrkt.

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Klaus

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Ok, Duroplast. Ist das 3D-druckbar oder muss man es CNC-fräsen?
Ich habe das meine ich nich nie gesehen in den Auswahlen. :-(

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Ja, DLP-Druck.

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Duroplast ist normalerweise nicht im 3D Druck herstellbar.
Da es hier eh um Platten oder flaches Material in kleinen Mengen geht,
wäre FR4 ( das übliche Leiterplattenmaterial ) ganz günstig.
Es gibt aber alles mögliche an Platten mit Verstärkung.
Z.B. Glasfaser oder wenn es ganz billig sein soll Hartpapier ( Pertinax ) .

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Klaus

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Geht schon mit Photopolymeren, hier wird ein flüssiges Harz benutzt und mit Licht (häufig UV) die Aushärtung gemacht. Schicht für Schicht wie beim FDM-Drucker, nur die ganze Schicht auf einmal und nicht abgefahren. Es geht nur nicht jedes Duroplast.

https://formlabs.com/de/blog/vergleich-3d-druck-sla-dlp/?srsltid=AfmBOorBEJMEmDZyLzoIa1DpdgDdIiVOlXr7u3FR6p-UX2Y1HMYuHJAC

Wobei ich Peek und auch Teflon immer als reichlich teure Plattenware kaufe und dann mit schwarfen Werkzeugen für Alu zerspane. Statt Kühlmittel Druckluft und Absaugung. Ganz so einfach wie mit dem Slicer eines 3d-Druckers ist das Fräsen auf CNC-Maschinen nicht, auch nicht bei Nutzung eines CAMs. Nur wenn man die ganzen Voreinstellungen sich erst mal erarbeitet hat, ist es "relativ" einfach.

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Die Temperaturanforderung war 250° C . Kunststoff ist nun mal ein Multi-Dimensionales-Business.

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Klaus

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@Muecke.1982

Zitat:

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Tendenz geht aktuell ganz klar Richtung FDM-Druck mit PEEK GF (Glasfaser).96

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Gibt es evtl. Staffelpreise je nach Stückzahl vom möglichen Liefranten oder Hersteller?
Soll dieses Isolier-Teil auch in einer kleinen Serie hergestellt werden
um z.B. Ersatzteile während des Gewährleistungszeitraum zur Verfügung zu haben?

Wie stark wäre das Problem mit der sich ändernden Vorspannung der Schrauben mit PEEK GF (Glasfaser).96 als Werkstoff?

Und verändert sich die Eigenschaften des Isolierteil nicht mit der Zeit
durch die Nähe zu einem Heizelement, zum Beispiel in dem es spröde und brüchig wird?

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@TPD-Andy:
Deine Fragen sind gut und berechtigt.
Sobald ich Antworten darauf habe, kann man damit arbeiten.

Aktuell handelt es sich um einen Versuch und einen Prototypen, sprich es ist keine Serie. Das Teil wird sich im Laufe der Tests sicherlich noch stark anpassen und verändern.

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Die Schmelztemperatur von PEEK ist ca. von 340 bis 380° C , da ist der 3D Druck noch nicht so einfach. Und dann auch noch mit Glasfaser.
Die Wärmedehnung ist aber bei PEEK gering und mit Glasfaser noch geringer.

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Klaus

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