Wat is kortsluiting en hoe ontstaat kortsluiting?

Kortsluiting is een verbinding die opzettelijk of toevallig tot stand is gebracht tussen twee punten die elektrische stroom geleiden en niet geïsoleerd zijn, waardoor de weerstand in de stoomkring wordt gereduceerd en de stroomsterkte toeneemt. De installatiedraden worden door deze verhoogde stroomsterkte steeds warmer tot een ontoelaatbaar niveau is bereikt en de veiligheid van de elektrische installatie in gevaar komt. Kortsluiting kan bedoelt/ gewenst of onbedoeld/ ongewenst zijn.

Gewenste kortsluiting
In de techniek wordt bij verschillende bewerkingsprocessen gebruik gemaakt van kortsluiting. Hierbij kan men denken aan kortsluitbooglassen waarbij kortsluiting wordt veroorzaakt tussen het uiteinde van de elektrode en het smeltbad. Door deze ‘gewenste’ kortsluiting neemt de lasstroom sterk toe. Dit zorgt voor een elektromagnetische veld. Hierbij wordt het lastoevoegmateriaal aan de elektrodepunt ingesnoerd en ontstaat er een druppel gesmolten materiaal dat naar het smeltbad toe wordt geschoten.

Ook bij vonkverspaning en eroderen maakt men gebruik van kortsluiting. Deze kortsluiting ontstaat tussen elektrodes en zorgt er voor dat er delen van het werkstuk oplossen zodat het werkstuk de gewenste vorm krijgt. Zowel bij eroderen als bij kortsluitbooglassen wordt gebruik gemaakt van kortsluiting. Dit kost echter wel zeer veel elektrische energie.

Naast de toepassing voor bewerkingstechnieken wordt kortsluiting ook gebruikt om bepaalde onderdelen of schakelaars in en uit te schakelen. Een trein maakt bijvoorbeeld kortsluiting tussen beide rails. Hierdoor in het beveiligingscircuit een relais afvalt. Dit zorgt er voor dat de trein gedetecteerd wordt.

Ongewenste kortsluiting
In de vorige alinea zijn een aantal voorbeelden genoemd waarbij kortsluiting bewust tot stand wordt gebracht om een bepaalde bewerking uit te voeren. Hierbij wordt doormiddel van een machine of een technische installatie doelbewust een gecontroleerde kortsluiting veroorzaakt. Bij een ongewenste kortsluiting is er juist sprake van een kortsluiting die niet bewust tot stand wordt gebracht. Een ongewenste kortsluiting kan ontstaan door een defect in een elektrische installatie of omdat een elektrische installatie verkeerd is aangelegd. Ook in een machine of apparaat kan kortsluiting ontstaan. Dit houdt in dat door een beschadiging van de isolatie van draden twee polen met elkaar in contact kunnen komen. De fase en de nul kunnen met elkaar in contact raken in bijvoorbeeld een stekkersnoer. Er kan dan een zeer hoge stroom gaan lopen omdat de weerstand heel laag is. Deze hoge stroom kan er voor zorgen dat kunststof delen zoals isolatiemateriaal kunnen gaan smelten. Dit probeert men te voorkomen door een smeltveiligheid aan te brengen.

Wat is metaalbewerking en welke metaalbewerkingsprocessen zijn er?

Metaalbewerking is een algemene benaming die wordt gebruikt voor het bewerken van metalen. Sinds de ontdekking van metaal in ertsen heeft de mensheid verschillende periodes gehad die zich kenmerkten door een bepaald metaal of metaalbewerking. Zo kende men de bronstijd en de ijzertijd.

Tegenwoordig wordt in metaalbewerking gebruik gemaakt van uiteenlopende metalen en metaallegeringen. In de metaaltechniek wordt vooral staal toegepast. Dit is ijzer met een klein percentage koolstof. Daarnaast wordt ook aluminium gebruikt en worden legeringen gemaakt zoals roestvast staal (RVS).

De doelstelling van metaalbewerking is het maken van individuele onderdelen, halffabricaten,  assemblages of complete constructies. Metaalbewerking is een zeer brede term die onder de metaaltechniek valt. Doormiddel van het bewerken van metalen kunnen uiteenlopende werkstukken en constructies worden vervaardigd. Hierbij kan gedacht worden aan:

  • Bruggen
  • Schepen
  • Jachten
  • Machineframes
  • Balustrades
  • Puiconstructies
  • Kunstwerken

Ook sieraden en horloges worden van metalen gemaakt. Hiervoor worden meestal edelmetalen gebruikt die zeer nauwkeurig worden gewerkt. Daarnaast wordt in de machinebouw en de medische sector ook gebruik gemaakt van metalen in verschillende soorten, maatvoeringen en toleranties. De metaalbewerking is daardoor een zeer brede sector waarin grote en kleine en kleine producten worden gemaakt voor verschillende sectoren: van juwelier tot de bouwbranche.

Metaalbewerkingsprocessen
In de bronstijd, ongeveer 3000 tot 800 voor Christus, maakten mensen vooral gebruik brons. Hiervoor had men kopererts en tinerts nodig. Koper en tin werden samengesmolten en vervolgens in de gewenste vorm gegoten. Brons is echter niet smeedbaar. De ijzertijd zorgde voor een grote verandering. Deze periode begon in Europa vanaf ongeveer 800 voor Christus. IJzer is in tegenstelling tot brons wel smeedbaar en daarnaast kan het ook nog gegoten worden in vormen zoals bij gietijzer en gietstaal gebeurd.

Door de komt van ijzer nam het aantal bewerkingsprocessen in de metaalbewerking toe. Er ontstonden smederijen waarbij een smid ijzer doormiddel van vlamovens op temperatuur bracht en vervolgens met een hamer op een aanbeeld in de gewenste vorm sloeg. Hierdoor ontstond smeedijzer en smeedstaal.

Tegenwoordig worden vooral machines gebruikt voor het bewerken van metaal. Hierbij maakt men onder andere gebruik van werktuigmachines. De moderne metaalbewerkingsprocessen zijn zeer divers en worden wel in twee groepen verdeeld:

  • De verspanende metaalbewerking. Deze metaalbewerking omvat verschillende metaalbewerkingsprocessen waarbij het basismateriaal doormiddel van verspaning in de juiste vorm wordt gebracht. Er worden hierbij kleine spaantjes van het materiaal verwijdert tot de juiste vorm en afmeting is ontstaan. Voorbeelden van verspanende bewerkingstechnieken zijn: boren, slijpen, draaien, frezen, schaven en zagen.
  • De niet-verspanende metaalbewerking. Binnen deze groep zijn uiteenlopende metaalbewerkingsprocessen aanwezig. Dit kunnen plaatbewerkingstechnieken zijn zoals: walsen, zetten en snijden. Ook smeden en gieten behoren tot de niet-verspanende metaalbewerking. Lassen is een hele bekende vorm van niet-verspanende metaalbewerking en wordt veel in de metaalbewerking toegepast. Doormiddel van lassen worden een niet-uitneembare verbinding gemaakt tussen metalen (of kunststoffen). Lassen behoort tot verbindingsprocessen in de metaalbewerking. Hier valt ook solderen onder.

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.