Grundprinzipien der Holzverbindung
Wahrscheinlich haben Sie schon von Holzhäusern gehört, die früher in Bergregionen ohne einen einzigen Nagel gebaut wurden. Der Bau solcher Häuser erforderte viel Geduld und Geschick beim Zusammenfügen der Teile. Diese Häuser zeigen, dass Holzteile so „zugeschnitten“ werden können, dass sie fest aneinanderliegen und sicher stehen. Das lässt sich auch anwenden, wenn Verbindungen mit Nägeln, Holzschrauben, tierischem Leim, Kaltleim und anderen Mitteln befestigt werden.
Das Nageln (Abbildung 1, Teil 1) hält eine Verbindung nur dann gut, wenn zwei Nägel verwendet werden. Dasselbe gilt für eine Verbindung mit Holzschrauben. Um einen einzelnen Nagel oder eine einzelne Holzschraube können sich die Teile wie um eine kleine Achse drehen.
Holzverbindungen
Überblattungen und Kantenverbindungen
Die einfachste Holzverbindung ist die Überblattung, bei der zwei Werkstücke übereinandergelegt und verleimt oder mit einem Nagel beziehungsweise Holzschrauben befestigt werden (Abbildung 1, Teil 2a). Dauerhafter ist die Verbindung, wenn von jedem Teil schräg eine Lage abgenommen wird und eine schräge Z-Verbindung entsteht (Abbildung 1, Teil 2b). Wird die Verbindung in ihrer Richtung auf Druck beansprucht, ist es besser, an der Verbindungsstelle von jedem Teil die halbe Stärke abzunehmen und die Teile entsprechend Abbildung 1, Teil 2c, zu verbinden. Diese Verbindung kann bereits mit einer Schraube fest halten; der Einschnitt verhindert das Verschieben.
Abbildung 1 — Nagelung und grundlegende Überblattungs-, Kanten- und Nut-und-Feder-Verbindungen.
Eine gezahnte Überblattung bildet auch ohne Schraube eine zugfeste Verbindung. Ihr Nachteil besteht darin, dass die beiden Werkstücke nur seitlich zusammengefügt werden können (Abbildung 1, Teil 2d).
Bei größeren Teilen sind Verbindungen mit Kantenfalz oder Nut und Feder sicherer (Abbildung 1, Teil 3). An einem Teil wird eine Feder, am anderen eine Nut hergestellt; solche Verbindungen finden sich bei Dielenböden oder Parkett. Die Passung muss genau sein, und die Teile sind mit Stechbeitel, Säge und Profilhobel präzise zu bearbeiten. Die harte Kantenleiste eines Zeichenbretts wird auf diese Weise befestigt.
Ein Kantenfalz ist einfacher, weil beide Teile gleich eingeschnitten werden. Es muss lediglich der Kantenfalz mit einem Profilhobel hergestellt werden.
Verbindungen mit Holzdübeln und Zapfen
Eine Verbindung mit Holzdübeln (Abbildung 2, Teil 1) wird mit runden oder viereckigen Dübeln ausgeführt. Solche Verbindungen finden sich bei Tischen und Stühlen. Für runde Dübel, die geschnitzt oder auf der Drehbank hergestellt werden, bohrt man im zweiten Teil Öffnungen. Es können auch in beide Teile Löcher gebohrt und die Dübel separat aus Hartholz gefertigt werden. Wichtig sind mindestens zwei Dübel, da sich das Material um einen einzelnen Dübel wie um eine Achse drehen kann. Die Löcher müssen tiefer sein als die Dübel lang sind. Andernfalls liegt der Dübel am Lochgrund an und die Verbindung lässt sich nicht zusammenziehen.
Ein mit dem Stechbeitel hergestellter Zapfen (Abbildung 2, Teil 2) und die dafür erforderliche Öffnung sind schwieriger herzustellen. Für diese Verbindung genügt jedoch ein Zapfen. Sie wird verwendet, wenn sich ein Teil nicht um seine Achse drehen darf. Um die Öffnung muss ausreichend Materialstärke verbleiben, damit das Teil unter Belastung nicht bricht.
Abbildung 2 — Verbindungen mit Holzdübeln, Schwalbenschwanz sowie Nut und Feder.
Schwalbenschwanz, Nut und Feder
Zum Verbinden längerer Teile entlang ihrer Seiten wird die trapezförmige Schwalbenschwanzverbindung verwendet (Abbildung 2, Teil 3). Ihre Herstellung verlangt viel Geduld und gutes Werkzeug. Sie wird beim Verbinden von Regalböden eingesetzt. Der Hauptnachteil besteht darin, dass die Verbindung nur von der Seite zusammengeschoben werden kann. Der Schwalbenschwanz muss in eine Nut eingreifen, die quer zum Faserverlauf liegt; andernfalls kann das verbundene Teil reißen oder brechen.
Kürzere Teile werden mit Nut und Feder verbunden (Abbildung 2, Teil 4). Diese kürzeren Verbindungen werden wie bei Fußbodendielen hergestellt, sind jedoch kürzer. Eine abgewandelte Form zum Verbinden längerer Teile ist die Zinkenverbindung (Abbildung 3, Teil 1).
Abbildung 3 — Zinkenverbindung, Eckverbindungen und Verbindung mit Zapfen und Keil.
Eckverbindungen und lösbare Verbindungen
Für Eckverbindungen wird eine schräge Nut-und-Feder-Verbindung (Abbildung 3, Teil 2) oder eine Nut mit versenktem dreieckigem Zapfen beziehungsweise außen befestigter dreieckiger Verstärkung verwendet (Abbildung 3, Teil 3). Sie wird hauptsächlich bei Bilderrahmen eingesetzt.
Verbindungen, die sich leicht zerlegen lassen, werden mit Zapfen und Keil hergestellt (Abbildung 3, Teil 4). Sie können nach Bedarf gespannt und wieder gelöst werden.
Kann eine Zapfen-Keil-Verbindung aus irgendeinem Grund nicht ausgeführt werden, lässt sich eine feste Verbindung erreichen, indem ein Hartholzkeil mit einem Winkel zwischen 2 und 5° oder ein Metallkeil in den zuvor in die Öffnung eingesetzten Zapfen getrieben wird (Abbildung 4, Teil 1). Der Keil spreizt den Zapfen und sichert so die Verbindung. Ein Beispiel ist die Befestigung eines Hammerkopfs auf dem Stiel. Die scharfe Kante des Keils muss sowohl in der Öffnung als auch im Zapfen quer zum Faserverlauf stehen; andernfalls kann die Verbindung statt befestigt leicht gespalten werden.
Lastverteilung
Auflagerung und Kraftübertragung in Balken
Zum Schluss werden einige Beispiele selbsttragender Konstruktionen gezeigt. In Abbildung 4, Teil 2, ist ein schräger Balken dargestellt. Ein so behauener Balken rutscht nicht von den Stützen, und die in den Trägern auftretenden Kräfte stehen senkrecht zur Längsachse und verursachen kein schräges Biegen der Stützen.
Abbildung 4 — Sichern eines Zapfens mit einem Keil und Kraftübertragung in Balkenverbindungen.
Abbildung 4, Teil 3, zeigt die Auflagerung eines schrägen Balkens auf einem waagerechten. Bei dieser Verbindung wird die schräge Kraft in eine waagerechte und eine senkrechte Komponente zerlegt. Die senkrechte Kraft wirkt auf den waagerechten Balken, die waagerechte auf dessen „Nase“. Bei der Formgebung muss diese Nase ausreichend stark sein, damit sie durch die waagerechte Kraft nicht bricht und dadurch die gesamte Konstruktion verrutscht oder einstürzt.
Selbsttragende Türkonstruktion
Abbildung 5 zeigt die „Belastung“ und die „selbsttragende“ Konstruktion einer Tür. Eine selbsttragende Konstruktion muss nicht gesondert verstärkt oder gehalten werden.
Abbildung 5 — Verformung der Tür und Aussteifung mit Diagonalbrett oder Stahlseil.
Die obere Zeichnung zeigt, dass sich die Bänder durch das Gewicht der Tür verformen und die Tür absinkt. Der obere Beschlag wird herausgezogen, während der untere in die Wand gedrückt wird.
Die mittlere Zeichnung zeigt, wie die Tür durch Druck selbsttragend gemacht werden kann. Ein verstärktes diagonales Z-Brett übernimmt das Gewicht der Tür und muss deshalb mit nasenförmigen Vorsprüngen an das obere und untere Brett angeschlossen werden, damit es nicht verrutscht. Die untere Zeichnung zeigt eine selbsttragende Konstruktion durch Spannen eines Stahlseils.
Genaue Herstellung von Holzverbindungen
Teile für Holzverbindungen müssen so genau wie möglich hergestellt werden: Der Zapfen muss exakt in die Öffnung und ein Zinken in seine Öffnung passen. Dazu müssen die Teile genau gemessen und angezeichnet, mit Spezialwerkzeugen gefertigt oder mithilfe einer Schablone hergestellt werden. Am einfachsten ist es, zuerst ein Teil herzustellen und es anschließend als Schablone zum Anzeichnen des zweiten Teils zu verwenden. Selbst wenn das erste Teil nicht vollkommen genau ist, wird das zweite auf diese Weise passend dazu gefertigt (Abbildung 6).
Abbildung 6 — Übertragen der Maße vom ersten auf das zweite Teil für eine genaue Passung.