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 ECM-technologie en hoe werkt ECM?

In de werktuigbouwkunde worden werktuigen ontworpen en vervaardigd. Voor het assembleren van werktuigen zijn echter onderdelen nodig. Deze onderdelen kunnen op verschillende manieren worden gemaakt. Een bekend proces waarmee onderdelen worden gemaakt is verspanen. Hierbij worden doormiddel van beitels, boren en ander snijgereedschap, spanen van een metalen product afgeslepen en ontstaat de gewenste vorm. Verspanen kan heel nauwkeurig gebeuren. Toch kan het oppervalk van verspaande producten kleine braampjes bevatten en andere zeer kleine afwijkingen. In veel bedrijven die onder de werktuigbouwkunde vallen is dat geen probleem. Er zijn echter bedrijven die zeer hoge eisen stellen aan machineonderdelen. Voor die bedrijven is ECM-technologie uitermate geschikt.

Wat kan men met ECM-technologie?
ECM-technologie wordt gebruikt voor het vormgeven van metalen producten die elektriciteit geleiden. Het principe van ECM werkt volgens de wet van Faraday. Metaaldeeltjes worden contactloos verwijderd van het basisproduct door elektrolyse. De verwijdering van de metaaldeeltjes kan zeer nauwkeurig worden gedaan omdat het op moleculair niveau gebeurd.  De afkorting ECM staat voor Electro Chemical Machining. De term precisie- elektrochemical machines (P-ECM) wordt wel gebruikt voor de machines die doormiddel van ECM producten de gewenste vorm geven. Doormiddel van ECM kunnen verschillende vormen in het basisproduct worden gemaakt. Zo kunnen er gaten, sleuven en groeven worden aangebracht. Ook rondingen en strakke vormen behoren tot de mogelijkheden die met ECM kunnen worden gerealiseerd. De oppervlakte van producten die doormiddel van ECM zijn geproduceerd zijn zeer glad en bevatten geen bramen.

Hoe werkt ECM-technologie?
Hiervoor is een elektrode nodig een gelijkstroombron (generator), een anode en een elektrolytoplossing. De elektrode is als het ware het gereedschap deze is verbonden aan de negatieve pool van de gelijkstroombron.

Het werkstuk is verbonden aan de positieve pool van de gelijkstroombron (generator). Het werkstuk vormt hierdoor een anode. De elektrode beweegt zich richting het werkstuk (de anode) met een bepaalde druk. Een elektrolytoplossing is een vloeibare substantie die zich tussen de elektrode en de anode bevindt. Deze elektrolytoplossing is een vloeistof die goed geleid en bestaat uit zout opgelost in water. De elektrolytoplossing stoomt tussen de elektrode en anode en de ladinguitwisseling zorgt er voor dat het werkstuk in de gewenste vorm wordt gebracht. In feite brokkelt het werkstuk op moleculair niveau af. De metaaldeeltjes worden opgelost in de elektrolytoplossing. De snelheid waarmee dat gebeurd is afhankelijk voor een groot deel afhankelijk van de stroomsterkte.  

Waar wordt ECM toegepast?
ECM-technologie wordt in verschillende bedrijven toegepast die onder de metaalverwerkende industrie vallen. Omdat met deze technologie producten kunnen worden vervaardigd die zeer nauwkeurig zijn vormgegeven is ECM uitermate geschikt voor speciale industrieën. Hierbij valt te denken aan de ruimtevaartindustrie, de medische industrie en de luchtvaartindustrie. Ook in de apparatenbouw  en de optische industrie maken gebruik van onderdelen die doormiddel van de ECM-technologie zijn vervaardigd.

Voordelen van ECM-technologie
Met ECM-technologie kunnen zeer gladde producten worden vervaardigd die geen bramen bevatten. Daarnaast is ECM geschikt voor verschillende soorten metaal. Harde en zachte metalen kunnen doormiddel van ECM in de juiste vorm worden gemaakt. Er is geen beitel die slijt en daardoor minder nauwkeurig wordt. Dit is wel het geval bij draaien en frezen van producten. De elektrode slijt niet wanneer er geen kortsluiting plaatsvindt. Daarnaast zijn er geen verspaningskrachten aanwezig.  

Nadelen van ECM—technologie
Elke vorm van metaal bewerken heeft nadelen ook ECM heeft een aantal nadelen waar rekening mee gehouden moet worden wanneer men overweegt om een  precisie- elektrochemical machine (P-ECM) aan te schaffen. ECM is in verhouding tot bepaalde verspanende processen tijdrovend. Bij ingewikkelde producten is de vorm van de elektrode moeilijk te bepalen. Daarnaast verbruikt de ECM-technologie veel energie omdat er veel stroom voor nodig is.