Wat is een diëlektricum en welke eigenschappen hebben diëlektrica?

Diëlektricum is een benaming die kan worden gebruikt voor een materiaal of een stof met dusdanige elektrische eigenschappen dat de polarisatie een overheersende rol heeft ten opzichte van elektrische geleiding en magnetisatie. Materialen en stoffen die onder de verzamelnaam diëlektrica vallen zijn slechte geleiders van elektriciteit. Elektrische geleidbaarheid is een belangrijke eigenschap die interessant is voor de elektrotechniek. Er zijn echter verschillende stoffen en materialen die onder diëlektrica vallen.

Waarom geleiden diëlektrica geen stroom?
De elektronenconfiguratie van een diëlektricum zorgt er voor dat het nagenoeg onmogelijk is om elektrische geleiding te laten plaatsvinden door de stof of het materiaal. Een diëlektricum is daardoor het tegenovergestelde van een goede geleider zoals elektrolytisch koper dat wordt gebruikt voor elektrische bedrading.

Diëlektrica als elektrische isolator
Door de vrijwel uitgesloten geleiding van elektrische stroom door diëlektrica is het materiaal geschikt om als elektrische isolator te gebruiken. Er zijn verschillende soorten diëlektrica die in de techniek worden gebruikt als isolator. In bijvoorbeeld condensatoren gebruikt men lucht als diëlektrica maar kan men ook glas, mica, aluminiumoxide en tantaaloxide gebruiken als elektrische isolator.

Wat is het verschil tussen een verspanende bewerking en een niet-verspanende bewerking?

Vormgevingstechnieken zijn technieken die worden gebruikt om een basismateriaal te vervormen tot een gewenst product. Het hiervoor benodigde basismateriaal kan uit verschillende grondstoffen bestaan, bijvoorbeeld uit hout, kunststof, glas, steen  of metalen. Vervormingstechnieken worden ingedeeld in verschillende bewerkingen. Een voorbeeld van deze indeling is de scheiding tussen verspanende bewerkingen en niet-verspanende bewerkingen. Vooral in de metaalbranche/ metaaltechniek wordt deze onderverdeling gehanteerd. Hieronder zijn de verschillen tussen deze vormgevingstechnieken beschreven.

Verspanende bewerking
Verspanende bewerkingen worden veel toegepast in de werktuigbouwkunde. Hiervoor wordt gebruik gemaakt van verschillende werktuigmachines. Werktuigmachines die verspanende bewerkingen uitvoeren hebben als gemeenschappelijk kenmerk dat er kleine deeltjes van het werkstuk of uitgangsmateriaal worden weggenomen. Voorbeelden van verspanende bewerkingen zijn draaien, boren, frezen en zagen. Ook slijpen en schaven kunnen tot de verspanende bewerkingen worden gerekend. Bij deze bewerkingen worden kleine deeltjes van het werkstuk verwijdert om het werkstuk de gewenste vorm of afmeting te geven. Deze kleine deeltjes hebben meestal de vorm van een spaantje of spanen, daarom wordt de bewerking van deze werktuigmachines ook wel verspanende bewerking genoemd. Verspanende bewerkingen worden vooral uitgevoerd in de werktuigbouwkunde bij bijvoorbeeld het maken van matrijzen of onderdelen van machines zoals lagers.

Niet-verspanende bewerking
Een niet-verspanende bewerking is een bewerking of techniek die wordt gebruikt om uitgangsmateriaal of basismateriaal in een bepaalde vorm te brengen zonder dat daarbij spanen van het werkstuk worden verwijdert. Dit is het grote verschil met een verspanende bewerking of een verspanende techniek.

Lassen
Lassen is een voorbeeld van een niet-verspanende bewerking die veel in de metaaltechniek wordt toegepast. In de praktijk worden verschillende lasmethodes gebruikt om werkstukken te maken. Doormiddel van lassen kan een lasser een niet-uitneembare verbinding maken tussen metalen. Ook kunststoffen kunnen gelast worden. Voor het maken van een goede las moeten verschillende factoren op elkaar worden afgestemd. Allereerst moet het materiaal goed lasbaar zijn. Daarnaast moet men de juiste lasmethode kiezen en het juiste toevoegmateriaal. In de meeste gevallen hoeft de lasser deze aspecten niet zelf uit te zoeken en kan hij of zij navraag doen bij een lasbaas of lastechnicus. Een lastechnicus is iemand met een opleiding International Welding Specialist (IWT) of een opleiding Middelbaar Lastechnicus (MLT). Deze werknemers hebben veel ervaring op het gebied van lassen en alle kwaliteitsaspecten en theoretische aspecten die daarbij aan de orde komen.

Verder wordt bij veel laswerk een lasmethodebeschrijving (LMB) gegeven of een Welding Procedure Specification (WPS). Hierin staat informatie die de lasser moet gebruiken om de las vakkundig te maken conform de Europese of Internationale voorschriften. De lasmethodebeschrijving / Welding Procedure Specification is gekoppeld aan de lasmethodekwalificatie van het desbetreffende bedrijf waar de lasser werkzaam is.

Gieten
Sommige metalen en kunststoffen kan men ook in de juiste vorm gieten. Hierbij komen ook geen spanen aan de orde daarom is gieten een voorbeeld van een niet-verspanende bewerking. Gieten wordt tegenwoordig veel toegepast bij kunststoffen en kan op verschillende manieren worden gedaan. Een voorbeeld hiervan is spuitgieten. Ook extruderen wordt bij kunststoffen regelmatig als vormgevingstechniek toegepast. Naast kunststof wordt ook ijzer en staal in vormen gegoten. Hierdoor ontstaat gietijzer en gietstaal. Kenmerkend voor het gietproces is dat het kunststof granulaat, ijzer of staal eerst in vloeibare vorm moet worden gebracht voordat het gegoten of gespoten kan worden. Over het algemeen moet daarvoor het materiaal verhit worden. Het verhitte materiaal wordt door gieten of spuitgieten in de juiste vorm gebracht. Na afkoeling behoudt het materiaal zijn nieuwe vorm.

Overige niet-verspanende bewerkingen
Voor het plastisch vervormen van metalen platen kunnen ook verschillende niet-verspanende bewerkingen worden uitgevoerd. Hierbij kan men denken aan buigen, walsen, zetten en kanten. Ook dieptrekken, persbuigen, wikkelbuigen en explosief vervormen zijn vervormingstechnieken. Als men gaten wil maken in plaat kan men ook ponsen of snijden. Doormiddel van lasers kan men uitgangsmateriaal in een bepaalde vorm brengen.

Eroderen en vonken
Doormiddel van eroderen en vonken kunnen metalen ook vervormd worden. Hierbij wordt gebruik gemaakt van elektrodes. Het werkstuk vormt een elektrode en daarnaast is er een vormgevende elektrode. Tussen de werkstukelektrode en de vormgevende elektrode wordt doormiddel van een machine een kortsluiting gemaakt. Hierbij ontstaan vonken tussen de elektrodes. Deze vonken zorgen er voor dat er deeltjes van het uitgangsmateriaal worden verwijdert. Deze deeltjes smelten tijdens het processen en lossen op in de hitte van de vonken. Vervolgens worden de restjes van de metaaldeeltjes verwijdert door het diëlektricum. Dit is een speciale olie die niet geleid. In de metaaltechniek wordt eroderen en vonken ingedeeld in de verspanende bewerkingen. Er zijn echter ook metaalbedrijven die eroderen juist een niet-verspanende bewerking noemen.

Wat is een elektrode en hoe worden elektrodes gebruikt in de techniek?

Elektrodes worden in verschillende technieken. Een aantal voorbeelden van technieken waarbij elektrodes worden gebruikt is verspanen doormiddel van vonken zoals draadvonken en zinkvonken. Bij deze vormen van eroderen wordt gebruik gemaakt van elektrodes om doormiddel van vonken deeltjes van een werkstuk te verwijderen. Daarnaast wordt ook bij Electro Chemical Machining (ECM) gebruik gemaakt van elektrodes. Elektrodes worden niet alleen gebruikt bij het verspanen en vonken van werkstukken. Onderdelen van werkstukken kunnen ook mede door het gebruik van elektrodes aan elkaar worden verbonden doormiddel van (elektrode) lassen. Daarnaast wordt over elektrodes en kathodes gesproken in de kathodische bescherming van metalen. Elektrodes worden veelvuldig toegepast in de techniek. Daarom wordt hieronder informatie weergegeven over wat een elektrode precies is.

Wat is een elektrode?
Michael Faraday bedacht de term elektrode door twee Griekse woorden met elkaar te verbinden. Hiervoor gebruikte hij het Griekse woord voor barnsteen, dit is het woord ‘elektron’. Daarnaast gebruikte hij het Griekse woord voor weg, dit is het woord ‘hodos’. Zo ontstond het woord elektrode. Elektrodes zijn geleiders. Ze worden gebruikt voor het maken van contact met een niet metaal deel van een circuit. Ook kunnen elektrodes worden gebruikt voor het maken van contact met een deel van een elektrisch circuit dat die als vast onderdeel van het circuit kan worden beschouwd.

Elektrodes die gebruikt worden bij lassen
Wanneer gelast wordt met elektrodes wordt één elektrode met een klem verbonden aan het werkstuk. Met de andere elektrode wordt gelast. De elektrode kan hierbij afsmelten zoals bij elektrode lassen gebeurd. Bij deze lastechniek is de elektrode positief en het werkstuk negatief. Hierdoor smelt de elektrode. Bij deze vorm van lassen moeten regelmatig nieuwe elektrodes worden toegevoegd.

Er zijn ook niet afsmeltende laselektrodes zoals bijvoorbeeld worden gebruikt bij het TIG-lassen. Hierbij is de laselektrode negatief geladen en het werkstuk positief geladen. Daarom wordt hierbij meestal gebruik gemaakt van toevoegmateriaal dat door de lasser met de hand in het smeltbad moet worden aangebracht.

Elektrodes die worden gebruikt bij eroderen
Ook bij eroderen wordt gebruik gemaakt van twee elektrodes. Hierbij is het werkstuk één elektrode en wordt er daarnaast een andere elektrode toegevoegd. Dit kan bijvoorbeeld een staaf zijn zoals bij zinkvonken of een messing draad zoals bij draadvonken. Hierbij zorgen de twee elektrodes er voor dat er vonken ontstaan die een werkstuk (elektrode) de gewenste vorm geven. Hierbij is het werkstuk positief geladen en de elektrode negatief. Hierdoor wordt het werkstuk het meeste ‘aangetast’ tijdens het erodeerproces. Ook bij Electro Chemical Machining (ECM) wordt voor een groot deel met hetzelfde proces van twee elektrodes gewerkt. Hierbij wordt het werkstuk ook in de gewenste vorm gebracht doordat het werkstuk positief gepoold is ten opzichte van de elektrode van de machine. Alleen wordt bij eroderen gebruik gemaakt van een  olie die als diëlektricum dient. Bij Electro Chemical Machining (ECM) wordt juist gebruik gemaakt van elektrolyt, dit geleid juist elektriciteit waardoor een verbinding ontstaat tussen twee polen.

Wat is eroderen en waar eroderen toegepast?

Eroderen is het afslijten van materialen en objecten. Het woord eroderen houdt verband met erosie. Eroderen kan ook doormiddel van speciale technische systemen worden versneld en gericht worden uitgevoerd. Hierdoor kunnen mensen eroderen gebruiken om producten de gewenste vorm te geven. Het Russische echtpaar Lazarenko ontdekte het gebruik van eroderen in 1943 en deed er een omvangrijk onderzoek naar. Eroderen werd een elektro-thermische verspaningstechniek en kan tegenwoordig op verschillende manieren worden uitgevoerd. Een ander woord dat veel voor eroderen wordt gebruikt is vonkverspanen. Bij vonkverspanen worden deeltjes van een werkstuk verwijdert doormiddel van elektriciteit. Bekende vormen van eroderen zijn draadvonken en zinkvonken.

Eroderen als metaalbewerkingsproces
Eroderen is een proces waarbij geleidende materialen worden ‘verspaand’. Hierbij wordt gebruik gemaakt van twee elektroden die op een kleine afstand van elkaar zijn geplaatst. Van de elektroden is één elektrode de vormgevende elektrode en de andere elektrode is het werkstuk. In een gecontroleerd proces wordt doormiddel van een potentiaalverschil een kortsluiting gecreëerd waarbij de vonken tussen de elektrodes er voor zorgen dat deeltjes van het basismateriaal worden verwijdert. De metaaldeeltjes smelten en lossen op door de vonken.

Diëlektricum
De metaaldeeltjes die los komen van het werkstuk moeten worden verwijdert. Hierbij wordt gebruik gemaakt van een niet geleidende vloeistof. Dit is een speciale niet geleidende olie en wordt een  diëlektricum genoemd. Het wordt gebruikt voor de koeling van omringende materialen en het verwijderen van de afgevonkte metaaldeeltjes. Het diëlektricum wordt voortdurend gefilterd zodat er geen geleidende metaaldeeltjes de werking van het diëlektricum kunnen verstoren.

Doormiddel van eroderen kunnen geleidende metalen zeer nauwkeurig in de juiste vorm worden gebracht. Daarom is eroderen geschikt voor producten die moeten worden vervaardigd onder zeer geringe toleranties. Bij draadvonken wordt gebruik gemaakt van een gladde messing draad. En bij zinkvonken wordt gebruik gemaakt van een koper/grafiet electrode. Eroderen wordt veel toegepast bij de vervaardiging van machineonderdelen voor de medische sector en laboratoriumapparatuur. Eroderen heeft belangrijke voordelen ten opzichte van verspaning doormiddel van een beitel. Er wordt tijdens het eroderen namelijk geen druk uitgeoefend op het werkstuk. Hierdoor wordt het werkstuk niet ongewenst vervormd. Daarnaast kunnen doormiddel van eroderen zeer gladde oppervlaktes worden aangebracht op een werkstuk. Ook is het erodeerproces geschikt om uiteenlopende gaten, sleuven en rondingen in een werkstuk aan te brengen. Hierdoor is het toepassingsgebied van eroderen zeer breed.

Wat is vonkverspaning en wat is draadvonken?

Draadvonken is een vorm van verspaning. Doormiddel van verspaning worden metalen basisproducten in de werktuigbouwkunde in de juiste vorm gebracht. Bij verspaning worden kleine spaantjes van het basisproduct verwijdert. Verspaning zorgt er voor dat het gewenste product een geringere massa heeft dan het oorspronkelijke basisproduct. Verspaning kan op verschillende manieren worden gedaan. Vonkverspaning is hiervan één voorbeeld.

Wat is vonkverspaning
Draadvonken wordt gebruikt bij het verspanen van geleidende metalen bijvoorbeeld: koper,  aluminium, en hardmetaal. Draadvonken is een vorm van vonkverspanen. Bij het vonkverspanen wordt gebruik gemaakt van een elektrode om vonkerosie te creëren. Hierdoor kunnen metalen in de juiste vorm worden gebracht. Bij vonkverspaning ontstaan zeer hoge temperaturen. Deze temperaturen ontstaan door het plaatselijke plasmakanaal dat tijdens het vonken wordt gevormd. Om er voor te zorgen dat de hoge temperaturen tijdens het vonken niet bij het werkstuk kunnen komen wordt het werkstuk in niet geleidende olie geplaatst. De olie vormt tijdens het vonken een diëlektricum omdat de olie zo is samengesteld dat deze niet geleid. Daarnaast zorgt het diëlektricum voor afkoeling. Ook zorgt het diëlektricum er voor dat het plasmakanaal kan worden geconcentreerd op de plaats waar de verspaning moet plaatsvinden. Spanen en andere kleine deeltjes die tijdens het verspanen van het werkstuk afkomen worden doormiddel van het diëlektricum weggespoelt. Het diëlektricum wordt voortdurend gefilterd om te voorkomen dat er stukjes geleidend metaal in de olie blijven zitten.

Wat is draadvonken
Bij draadvonken wordt gebruik gemaakt van twee elektroden. Het werkstuk is de eerste elektrode en de erodeerdraad is de tweede elektrode, ze bezitten een tegengestelde polariteit. De erodeerdraad is gemaakt van glad messing. De erodeerdraad staat onder elektrische wisselspanning en zo ontstaat er kortsluiting tussen het werkstuk en de draad. Er wordt gebruik gemaakt van korte pulsen waarvan de frequentie en kracht ingesteld kunnen worden.

Tijdens het draadvonken schieten van de het werkstuk en de erodeerdraad vonken af waardoor kleine deeltjes van het werkstuk en de draad afbreken. Daarom moet het draad voortdurend worden toegevoerd. Dit gebeurd met een statische snelheid. Draadvonken is een contactloze manier van verspanen die computergestuurd verloopt. Het is een feite een CNC verspaning. De draad verplaatst zicht door het werkstuk volgens het parcours dat in de computer is ingeregeld.

Waarvoor is draadvonken geschikt?
Vanwege de contactloze manier van verspannen kunnen materialen van een verschillende hardheid worden bewerkt. Daarnaast kunnen zeer dunne producten ook doormiddel van draadvonken de gewenste vorm krijgen. Het draadvonken is daardoor geschikt voor precisieproducten die tot de µ nauwkeurig zijn. Tijdens het draadvonken wordt er, in tegenstelling tot verspanen doormiddel van beitels, geen druk op het werkstuk uitgeoefend. Het werkstuk vervormd tijdens het draadvonken niet of nauwelijks.