Basisprincipes van houtverbindingen
Je hebt waarschijnlijk al gehoord van de houten huizen die eerder in de heuvelachtige gebieden werden gebouwd zonder één enkele spijker. Het bouwen van dergelijke huizen vereiste veel geduld en vaardigheid bij het monteren van de onderdelen. Het voorbeeld van die huizen laat ons zien dat houten delen zo ‘op maat’ kunnen worden gemaakt dat ze strak tegen elkaar aansluiten en tegelijkertijd stevig staan. Dit kunnen we ook toepassen in het geval dat de verbindingen vastgezet zijn: met spijkers, houtschroeven, lijm, koudlijm, etc.
Klinknagels (foto 1, onderdeel 1) houden de verbinding alleen goed vast als dit met twee spijkers wordt uitgevoerd. Dit geldt ook voor een verbinding gemaakt met houtschroeven. Rond één spijker of houtschroef kunnen de onderdelen als rond een speld worden gedraaid.
Houtverbindingen
Overlapping en randverbindingen
De eenvoudigste manier om hout te verbinden is een overlapverbinding, waarbij twee materialen over elkaar worden gevouwen en de verbinding wordt geplamuurd en vastgezet met spijkers of houtschroeven (foto 1, deel 2a). De verbinding is duurzamer als van elk onderdeel één laag diagonaal wordt verwijderd, zodat een schuine Z-verbinding ontstaat (Figuur 1, deel 2b). Als de verbinding wordt blootgesteld aan druk in de richting van de verbinding, is het beter om de helft van de dikte van elk onderdeel bij de verbinding te verwijderen en de verbinding uit te voeren volgens figuur 1, deel 2c. Dit gewricht kan zelfs maar één schroef stevig vasthouden, en het verschuiven van het gewricht voorkomt insnijden.
Figuur 1 — Klinknagels en basisoverlap-, rand- en tand-en-groefverbindingen.
De getande flap vormt een solide rekverbinding zonder gebruik van schroeven. Het nadeel van deze verbinding is dat het verbinden van de twee stukken alleen vanaf de zijkant kan gebeuren (foto 1, onderdeel 2d).
Voor grotere stukken is het veiliger om ze te verbinden met een randinkeping of tand-en-groef (foto 1, onderdeel 3). Om de verbinding te maken, wordt op het ene stuk een tand gevormd en op het andere stuk een groef (dit soort verbindingen komt voor bij houten vloeren of parket). Bij deze verbindingen moet de pasvorm exact zijn en moeten de onderdelen nauwkeurig worden bewerkt met beitel, zaag en profielschaafmachine. De harde randbalk bij de tekentafel wordt op deze manier bevestigd.
Eenvoudiger is de rand-kerfverbinding, waarbij beide delen op dezelfde manier worden gekerfd. Daar hoeft alleen nog een randkerf gemaakt te worden met een profielschaafmachine.
Verbindingen met houten pluggen
Het verbinden met houten pluggen (foto 2, onderdeel 1) wordt uitgevoerd met ronde of vierkante houten pluggen. Dergelijke verbindingen zijn te zien in tafels en stoelen. Bij ronde pluggen, die worden gespleten of op een draaibank worden gemaakt, worden gaten geboord in het tweede deel van de verbinding. Het is mogelijk om in beide delen van de voeg gaten te boren en de pluggen los van hardhout te maken. Het is belangrijk dat er minimaal twee pluggen in de verbinding zitten (rond één plug is er een mogelijkheid om het materiaal rond een as te draaien) en dat de gaten dieper zijn dan de lengte van de pluggen. Anders rust de plug op de bodem van het gat en kan de verbinding niet worden vastgedraaid.
Een plug gemaakt met een beitel (foto 2, onderdeel 2) is moeilijker te maken, evenals het vereiste gat ervoor, maar slechts één plug is voldoende om verbinding te maken met een plug die op deze manier is gemaakt. Het wordt gemaakt in gevallen waarin het onderdeel niet om zijn as mag draaien. Er moet op worden gelet dat er voldoende dikte rond de opening overblijft, zodat het onderdeel niet breekt als gevolg van de belasting.
Figuur 2 — Verbindingen met houten pluggen, zwaluwstaart en tand en groef.
Zwaluwstaart, veer en groef
Om de langere stukken langs de zijkanten met elkaar te verbinden, wordt een trapeziumverbinding (zwaluwstaartverbinding) toegepast (foto 2, onderdeel 3). Het maken van deze verbinding vergt veel geduld en goed gereedschap. Het wordt gebruikt bij het verbinden van planken. Het grootste nadeel van dit soort verbindingen is dat het verbinden alleen vanaf de zijkant kan gebeuren. De “zwaluwstaart” moet de groef binnendringen die dwars staat op de richting van de vezels, anders zal er scheuren en breken van het samengevoegde deel optreden.
De kortere stukken sluiten aan op de tand en groef (afbeelding 2, onderdeel 4). De voegen die hier korter zijn zijn op dezelfde manier gemaakt als bij de pathosplanken, alleen zijn ze hier korter. Een aangepaste vorm van dit gewricht voor het verbinden van langere stukken is een tandverbinding (Figuur 3, Deel 1).
Figuur 3 — Tandwielverbinding, hoekverbindingen en plug-and-pin-verbinding.
Hoek- en afneembare verbindingen
Voor hoekverbindingen wordt een schuine vorm van een tand-groefverbinding toegepast (figuur 3, onderdeel 2) of een in de groef verzonken driehoekige plug of extern bevestigde driehoekige wapening (figuur 3, onderdeel 3). Het wordt voornamelijk gebruikt bij het maken van fotolijsten.
Gewrichten die zonder problemen kunnen worden gedemonteerd, worden gemaakt met een plug en pin (foto 3, onderdeel 4). Ze kunnen naar wens worden vastgedraaid en gedemonteerd.
Als we om welke reden dan ook geen plug-pin-verbinding kunnen maken, kan een stevige verbinding worden bereikt door een hardhouten deuvel met een hoek tussen 2 en 5° of een metalen pin in de plug te steken die eerder in het gat is gestoken (foto 4, onderdeel 1). De wig spreidt de plug en versterkt zo de verbinding. Een voorbeeld van deze verbinding is de bevestiging van de hamerkop aan het handvat. De plug moet met het mes loodrecht op de richting van de vezels staan, zowel in het gat als in de plug, anders kan de verbinding barsten in plaats van vast te maken.
Ladingsverdeling
Ondersteuning en overdracht van krachten in balken
Ten slotte laten we enkele voorbeelden zien van zelfdragende constructies. Op afbeelding 4, onderdeel van 2, zie je een schuine balk. De op deze wijze geëxtrudeerde ligger zal niet van de kolommen afglijden en de krachten die in de steunen optreden staan loodrecht op de lengteas en veroorzaken geen schuine buiging van de kolommen.
Figuur 4 — Bevestiging van de plug met een wig en overdracht van krachten in liggerverbindingen.
Afbeelding 4, deel 3, toont het leunen van een hellende balk op een horizontale. Met een dergelijke verbinding wordt de schuine kracht verdeeld in horizontaal en verticaal. De verticale kracht werkt op de horizontaal geplaatste balk, terwijl de horizontale kracht werkt op de “neus” van de balk. Wanneer we de verbinding op deze manier vormgeven, moeten we ervoor zorgen dat de “neus” van de horizontale balk sterk genoeg is, zodat deze niet breekt door horizontale kracht, of zelfs wegglijdt, en de hele constructie instort.
Zelfdragende deurconstructie
De afbeelding 5 toont de »last« en de »zelfdragende« constructie van de deur. (Zelfdragend is een structuur die niet versterkt hoeft te worden, maar afzonderlijk vastgehouden wordt.)
Figuur 5 — Deurvervorming en verstijving met diagonale plank of staalkabel.
Op de foto hierboven kun je zien dat door het gewicht van de deur de scharnieren vervormd zijn (de deur zakt naar beneden). De bovenste beugel wordt uitgetrokken terwijl de onderste in de muur wordt gedrukt.
De middelste foto laat zien hoe de deur zelfdragend gemaakt kan worden door erop te drukken. Het gewicht van de deur wordt opgevangen door de versterkte diagonale plank Z, en daarom moeten we deze met een neusuitlaat verbinden met de bovenste en onderste plank om schuiven te voorkomen. Op onderstaande afbeelding is een zelfdragende constructie te zien door het uittrekken van een staalkabel.
Nauwkeurige productie van houten verbindingen
Het is belangrijk om de houten verbindingsdelen zo nauwkeurig mogelijk te maken, dwz. dat de plug precies in het gat past, de tand in het gat voor de tand, enz. Om dit te bereiken moeten we ofwel nauwkeurig meten en markeren, een speciaal gereedschap gebruiken, of een sjabloon maken of… enz. De eenvoudigste oplossing is echter om eerst één onderdeel te maken en dit vervolgens als sjabloon te gebruiken om het andere onderdeel te markeren. Op deze manier wordt, hoewel het eerste geproduceerde deel niet het meest nauwkeurige is, het tweede deel op passende wijze aangepast (afbeelding 6).
Afbeelding 6 — Metingen overbrengen van het eerste naar het tweede deel van het gewricht voor een nauwkeurige pasvorm.