Střední odborné učiliště stavební, odborné učiliště a učiliště Sabinovo náměstí 16 360 09 Karlovy Vary Bohuslav V i n t e r odborný učitel uvádí pro T1 tuto výukovou prezentaci : Konstrukční spojování dílců a součástí ze dřeva a dřevních materiálů - 01

4. Konstrukční spojování dílců a součástí 4. Konstrukční spojování dílců a součástí ze dřeva a dřevních materiálů Dílce a součásti ze dřeva a dřevních materiálů se spojují do nábytkových nebo stavebně truhlářských konstrukcí různými typy konstrukčních spojů bud' za pomoci lepidla, anebo bez lepidla. Pevnost a tuhost spojených konstrukcí závisí na kvalitě provedení a opracování konstrukčních spojů.

4.1 Klasifikace konstrukčních spojů Konstrukční spoje rozdělujeme: a) Podle použitých spojovacích prostředků na: spoje nelepené - jsou rozebíratelné, vytvořené pomocí mechanických spojovacích prvků (hřebíky, sponky, šrouby, vruty, spojovací kování); spoje lepené - vytvořené bud' pouhým lepením, nebo pomocí dalších vložených prvků (kolíky, pera, lamely, apod.). Jsou nerozebíratelné. b) Podle způsobu spojování: spoje plošné - slouží k rozšiření nebo prodloužení materiálu (např, při obkládání stěn, výrobě spárovky nebo nekonečného vlysu); spoje rámové - rohové a středové spoje vlysů (např. rámové dveře, okenní rámy a křídla, apod.); rohové a středové spoje plošných dílců - spojování dílců z konstrukčních desek (např. korpusů skříní, zásuvek, atd.).

4.2 Spojování kovovými mechanickými prostředky (nelepené spoje) 4.2.1 Spojování hřebíky V truhlářské výrobě se kovové hřebíky používají k připevňování zad skříněk, den zásuvek, zpevňovacích růžků pod sokly skříní, ke zpevnění některých konstrukčních spojů (např.přeplátování), apod. Více jsou hřebíky využívány v bednářské a tesařské praxi. Na výkresech se hřebíky se označují dvěma čísly, která udávají jejich velikost, a to součinem průměru dříku a délky dříku (např. H 1,5 x 25-ČSN 02 2820).

Spojování hřebíky Pro dosažení dostatečné pevnosti hřebíkových spojů je potřebné dodržovat určité zásady: délka hřebíku by měla být aspoň 2,5krát větší než je tloušťka připevňovaného materiálu. Do spojované části mají být zaraženy aspoň dvě třetiny délky hřebíku (obr. 4.1. – viz následující strana); v čelním dřevě hřebíky málo drží, proto se mají zarážet šikmo proti sobě (rybinovitě); má-li být dosažena vysoká životnost spoje, například u přepravních beden, používají se ke spojování pomocné rohové lišty nebo hranolky. Pevnost spoje se také zvýší, prochází-li hřebík celou tloušťkou spojovaných součástí a špička se na opačné straně zahne; hřebíky nemají být umístěny příliš blízko okraje materiálu a příliš blízko čela, aby nedošlo k rozštípnutí dřeva (vzdálenost od čelního kraje je aspoň 15 násobkem průměru dříku); zatloukají-li se hřebíky podél vláken, nemají být umístěny v řadě ve stejné výšce, ale střídavě, aby nedošlo k prasknutí dřeva po vláknech.

Spojování hřebíky Obr. 4.1 Spojování hřebíky a - připevnění tenkého materiálu, b – rybinovité přibíjení hřebíků, c – rohové spojení hřebíky s pomocnou lištou

4.2.2 Spojování sponkami Sponky se používají k připevňování tenkých konstrukčních desek (např. zad skříní), ke zpevnění rohových spojů rámů (např. malé rámečky spojené na pokos, rámy plných hladkých dveří) a především v čalounické výrobě (k připevnění textilních materiálů na dřevěnou kostru apod.). Sponky jsou zhotoveny z ocelového drátu o průřezu 1 až 1,23 mm. Zarážejí se obvykle pneumatickými sponkovačkami, méně často kladivem. Aby se snadno zarážely, mají sbroušené nožky.

Spojování sponkami Sbroušení nožek může být oboustranné nebo jednostranné, a to směrem dovnitř anebo ven (obr. 4.2 – viz následující strana). Nožky sbroušené směrem dovnitř se při zarážení sbíhají, nožky sbroušené směrem ven se rozbíhají a tím zvyšuji pevnost spojeni. Zaražené sponky nesmí vyčnívat nad úroveň plochy. Podle účelu použití se sponky vyrábějí v několika tvarech a různých velikostech. Délka nožek se pohybuje mezi 14 až 50 mm, rozteč nožek je 5 až 20 mm.

Spojování sponkami Obr. 4.2 Tvary sponek a spojování sponkami a – spojení součástí vedle sebe a zpevnění spoje, b – připevnění tenké konstrukční desky, c – tvary zaražených sponek podle sbroušení nožek

4.2.3 Spojování vruty Vruty se používají k připevňování dřevěných součástí (například čel zásuvek, zad skříní, lišt pod police), ale hlavně k připevňování různých druhů kování (závěsů, zámků, úchytek, atd.). Vruty se skládají z hlavy a dříku se závitem. Hlava může mít tvar zápustný, půlkulatý, nebo čočkovitý (obr. 4.3). Zářez v hlavě pro šroubovák je rovný, křížový nebo s vnitřním šestihranem (imbus). Dřík se závitem je ukončen hrotem. Podobně jako hřebíky se vruty označují součinem průměru dříku a délky dříku.

Spojování vruty Obr. 4.3 Druhy vrutů - vrut se zápustnou hlavou, - vrut s půlkulatou hlavou, - vrut s čočkovitou hlavou, - vrut do třískové desky

Spojování vruty Vruty se vkládají do předvrtaných otvorů. Otvory pro malé vruty průměru do 3 mm se zhotovují pouze truhlářským šídlem, pro větší vruty vrtákem. Otvor v součásti, která se připevňuje na dílec (lišta, záda, apod.) má být o 0,1 až 0,2 mm větší než je průměr dříku. Při šroubování se vruty nejdříve mírně přiklepnou kladívkem, aby se po nasazeni šroubováku neviklaly do stran, a potom se zašroubují.

Spojování vruty Ke šroubování se používají ruční, pneumatické nebo elektrické šroubováky. Pro každou velikost vrutu je nutné zvolit správnou velikost šroubováku. Zešikmený konec šroubováku musí odpovídat zářezu v hlavě vrutu a musí dosednout až na dno zářezu. Tenký šroubovák se při šroubování v zářezu pohybuje, prohýbá a práce je obtížnější. Tlustý šroubovák ze zářezu vyskakuje. Je nutno dbát na to, aby se vrut při šroubování nepřetočil a v materiálu se nestrhl závit, protože spoj by neměl dostatečnou pevnost. Hlava zašroubovaného vrutu se zápustnou hlavou nesmí vyčnívat z plochy.

Spojování vruty Vrut nesmí procházet celou tloušťkou spojovaných dílců. Jeho délka se volí tak, aby mezi hrotem vrutu a protější plochou spojovaných dílců zůstalo aspoň 3 mm materiálu. Vzdálenost osy vrutu od okraje připevňované součásti má být nejméně stejná, jaký je průměr dříku. Rozteč os vrutů má být nejméně čtyřikrát větší než je průměr dříku (obr. 4.4 – na následující straně). Vruty pro dřevotřískové desky mají ostrý (tzv. samořezný) závit obvykle po celé délce dříku, který brání vyštípání třísek. Při šroubování vrutů do bočních ploch (hran) dřevotřískových desek se hrubé a málo soudržné třísky střední vrstvy desky snadno kolem otvoru vrutu drolí a snižují tak pevnost spojení.

Spojování vruty Tomuto jevu lze předejít injektováním otvorů. Injektování spočívá ve vstříknutí lepidla do předvrtaného otvoru před zašroubováním vrutu. Lepidlo po ztuhnutí zpevní třísky v okolí vrutu a pevnost spojení se tím značně zvýší. Obr. 4.4. Spojení vruty

4.2.4 Spojení šrouby Šrouby se v truhlářské výrobě používají ke speciálním účelům pro demontovatelné spoje. Mají válcový dřík se závitem. Jsou obvykle kovové, používají se však i plastové (polyamidové) šrouby. Jsou obvykle součástí dvoudílného spojovacího prvku, druhým dílem je matice. Matice může být běžná s podložkou, která upevňuje šroub na vnější straně protější plochy spojovaných součástí, anebo je vnitřní a do materiálu se vkládá, zaráží nebo zašroubuje. Zarážecí matice je obvykle plastová s vnitřním metrickým závitem. Má kuželovitý konec, aby se snadněji zarážela do materiálu. Závrtná matice je kovová. Má vnější závit do dřeva, vnitřní závit pro šroub a drážku pro šroubovák.

Spojení šrouby Demontovatelné spoje nábytku se používají ve stále větší míře, především z důvodu snadnějšího balení a menších nákladů na dopravu. Z velkého množství druhů spojovacích prvků se šrouby se v nábytkářské výrobě používají například jednodílné spojovací šrouby, šrouby s válcovou maticí, dvoudílné spojovací šrouby, kombinované šrouby a vruty, atd. (obr. 4.5 – viz následující strana). Jednodílné spojovací šrouby (Confirmat) jsou speciální šrouby na spojování korpusových dílců skříní (boky se dnem a půdou). Otvory pro tyto šrouby se vrtají speciálními stupňovitými vrtáky.

Spojení šrouby Obr. 4.5 Druhy šroubů A – jednodílný spojovací šroub, B – šroub s válcovou maticí, C – kombinovaný vrut se šroubem, D – dvoudílný spojovací šroub

Spojení šrouby Šrouby s válcovou maticí slouží například ke spojení dna a půdy s boky skříně, nohy stolu s luby, apod. Matice nemá vnější závit a vkládá se do vyvrtaného otvoru. Může být příčná s osou kolmou na osu šroubu, anebo podélná s osou ve směru osy šroubu. Spojovací šrouby dvoudílné se používají ke spojení skříňkových korpusů do sestavy. Skládají se ze dvou částí, obě části mají stejné hlavy. Jedna část má dřík se závitem, druhá je dutá a má v otvoru vnitřní závit.

Spojení šrouby Kombinované vruty a šrouby se uplatňují při spojování noh menších stolků se stolovou deskou, noh s rámem tvořícím základ lůžkového nábytku, apod. Kombinovaný vrut se šroubem má kónickou část se závitem do dřeva, kterou se zašroubuje do nohy. Druhá, válcová část s metrickým závitem se šroubuje do matice, která je zavrtaná do destičky připevněné ke stolové desce nebo do rámu lůžka.

4.3 Lepené spoje Lepených spojů můžeme dosáhnout jednak samotnými lepidly (například při lepení spárovek na tupou spáru), jednak spojovacími prvky vytvořenými bud' v samotných spojovacích součástech (například čep a rozpor, ozuby, apod.), anebo vloženými spojovacími prostředky. K dřevěným spojovacím prostředkům patří kolíky, vložená pera a lamely. Těmito prostředky se dosáhne požadované pevnosti spojů pomocí lepidel -jsou to tedy lepené spoje nerozebíratelné. K lepení konstrukčních spojů se používají montážní lepidla, zejména glutinová, disperzní polyvinylacetátová (PVAC) a močovinoformaldehydová (UF).

Lepené spoje Glutinové lepidlo (starými truhláři nazývané "teplý klih") se vyrábí z glutinu - bílkoviny obsažené v kostech a kůžích. Glutin je v tuhém stavu (ve tvaru granulí, perliček, prášku) nerozpustný ve vodě.Proto se lepidlo nechává nejdříve nabobtnat ve studené vodě a po dokonalém nabobtnání se zahřívá ve vodní lázni na teplotu 60-65°C. Zahříváním vytvoří viskózní lepivý roztok. Dlouhým zahříváním při vyšších teplotách se však bílkoviny tvořící lepidlo rozkládají a tím klesá lepivost roztoku. Klih se nanáší horký, ochlazením a ztrátou vody (odpařením a vsáknutím do dřeva) tuhne. Vzhledem k časově náročné přípravě se glutinový klih používá pouze v individuální výrobě, anebo při menších opravných pracích.

Lepené spoje PVAc disperzní lepidlo je syntetické lepidlo ze skupiny termoplastů. Před použitím nevyžaduje žádnou přípravu, pouze v některých případech se podle potřeby zředí vodou. Ztrátou vody (odpařením a vsáknutím do dřeva) rychle tuhne. Z těchto důvodů je pro konstrukční spojování nejvíce používané. Močovinoformaldehydové lepidlo je syntetické reaktoplastické lepidlo, které vytvrzuje chemickou reakcí s přidaným tvrdidlem. Před použitím se míchá s dalšími složkami - nastavovadly a plnidly (technická mouka, dřevní moučka), které zabraňují jeho nadměrnému vsakování do materiálu a snižují křehkost vytvrzeného lepidla. Těsně před lepením se ke směsi přidává tvrdidlo, obvykle chlorid amonný. Reakce vytvrzování je za studena příliš zdlouhavá, proto se UF lepidlo používá k montážnímu lepení méně.

Lepené spoje Montážní lepidla se nanášejí štětcem, polyetylenovou lahví ukončenou hubicí, nebo tryskou pistole na co nejhladší a čisté plochy (znečištění prachem nebo nátěrovou hmotou snižuje přilnavost lepidla). Lepené spoje se stahují ve stahovacích přípravcích, protože k dokonalému přilnutí lepidla na povrch lepeného materiálu je potřebný dostatečný tlak. Tlak musí působit tak dlouho, až lepidlo dosáhne tzv. manipulační pevnost, kdy je možno uvolnit spoj z přípravku bez poškození.

4. 3. 1. Spojování dřevěnými spojovacími prostředky 4. 3. 1. 1 4.3.1 Spojování dřevěnými spojovacími prostředky 4.3.1.1 Spojování kolíky Kolíkové spoje patří k nejčastějším způsobům konstrukčního spojování ve výrobě nábytku pro svou jednoduchost, malou pracnost a velkou pevnost. Používají se zejména v sériové výrobě, kde lze využít automatizované vrtání na kolíkovací vrtačce, která je často spojena s automatickou zarážečkou kolíků. Kolíky se vyrábějí z tvrdého dřeva, hlavně bukového. Mají povrch hladký anebo rýhovaný s podélnými nebo spirálovými rýhami (obr. 4.6 – viz následující strana). Rýhy umožňují unikání vzduchu z otvoru při zarážení kolíků (snadněji se zarážejí) a jednak vzlínání lepidla rýhami nahoru na celou plochu kolíků.

Spojování kolíky Obr. 4.6. Dřevěné kolíky a – kolík s hladkým povrchem, b – kolík s podélnými rýhami, c – kolík se spirálovými rýhami

Spojování kolíky Lepidlo se nanáší do vyvrtaného otvoru. Kolíky se zarážejí pryžovou nebo dřevěnou paličkou. Pevnost kolíkového spoje je ovlivněna vlhkostí kolíků a dílců, těsností spojení, rozměrech kolíků a počtu kolíků ve spoji. Vlhkost dílců a kolíků: Kolíky mají mít vlhkost stejnou jako spojované dílce, nebo o 1-2 % menší, protože přijímají vodu z lepidla a jejich vlhkost se tak zvýší na hodnotu vlhkosti dílců a bobtnají. Kolíky s vyšší vlhkostí než spojované dílce po vyrovnáni vlhkosti v otvorech seschnou a spoj ztrácí pevnost.

Spojování kolíky Těsnost spojení: Aby plochy spojované kolíky na sebe těsně dosedly, musí být otvory pro kolíky na každé straně o 1 mm hlubší, než je délka kolíku. Tato vůle se nazývá technologická spára. Rozměry a počet kolíků: Průměr kolíků se voli podle tloušťky spojovaných materiálů. Ke spojování tenčích materiálů do tloušťky 16 mm se používají kolíky o průměru 6 mm, při tloušťkách materiálů od 16 do l9 mm kolíky o průměrem 8 mm a pro tlustší materiály a také více namáhané spoje jsou určeny kolíky o průměru 10, případně l2 mm. Délka kolíku má být co největší (asi pětinásobek průměru). Počet kolíků ve spoji závisí na velikosti spojovaných dílců a namáhání, kterému budou spoje vystaveny.

4.3.1.2 Spojování vloženými pery Vložená pera se v nábytkářské výrobě používají méně než kolíky pro větší pracnost a náročnost na provedení spoje. Více než k rohovému se používají k plošnému spojení (například při výrobě spárovek, prkénkových výplní do dveří, apod.). Spoje vloženými pery bez lepení se často používají pro spojování obkladových dílců při obkládání stěn a stropů. V tomto případě může být pero ve spoji viditelné a tvořit ozdobný prvek obkladu. Pero se zhotovuje nejčastěji z překližky, viditelné pero pro spojování obkladů také z masivního dřeva. Překližkové pero se řeže tak, aby povrchové dýhy překližky měly vlákna rovnoběžná se směrem řezu. Pro pokosové spoje se mohou používat pera úhlová (obr. 4.7 – viz následující strana).

Spojování vloženými pery Tloušťky per jsou 3; 5 a 7 mm. Šířka pera je obvykle 35 mm, viditelná pera při obkládání stěn jsou širší. Délka pera závisí na délce spojovaných součástí. Obr. 4.7. Vložená pera a – rovné pero, b – úhlové pero

Spojování vloženými pery Pero se vkládá do drážky, která může procházet celou šířkou dílce, anebo na konci dílce vybíhá ven, (obvykle na zadní straně dílce, aby spoj nebyl zepředu viditelný). Drážky pro pera se zhotovují ručně hoblíkem drážkovníkem, častěji se však frézují. Frézuje-li se drážka, její roh se ručně dodlabává. V hloubce drážky se nechává technologická spára 1 mm na obou stranách (proti šířce pera) ze stejných důvodů jako u kolíkového spoje, tj. zajištění těsnosti spojení.

Spojování vloženými pery Pero v rohových spojích je vhodné umístit svisle, aby se při zatížení spoje neporušil materiál v místě zeslabení drážkou. Spojení vloženým perem není vhodné pro spojování dílců z aglomerovaných materiálů. Lze jej použít v případě, že jsou boční plochy těchto dílců opatřeny nákližky z masivního dřeva.

4.3.1.3 Lamely (lamelová pera) Lamelové spoje se v současné době používají ve stále větší míře místo kolíkových spojů, proti nimž mají výhodu v menší náročnosti na přesnost provedení. Otvory pro kolíky jsou vrtané na průměr kolíku a musí být ve spojovaných dílcích umístěny přesně proti sobě, jinak spojené dílce nelícují a spoj je nepřesný. Otvory pro lamely se frézují delší než je lamela. Při montáži lze tedy lamelu v drážce posunout a tím přesně osadit dílce k sobě. Kolíkové spoje jsou však pevnější než lamelové. Lamely mají oválný tvar. Zhotovují se obvykle z překližky v různých velikostech. Používají se k plošnému i rohovému spojení.

4.4 Spojování plasty Plasty se využívají ke konstrukčním spojování dílců a součástí ze dřeva a dřevních materiálů buď jako spojovací prostředky - plastové kolíky a pera (obr. 4.8 – viz obrázek na následující straně), nebo se v tekuté formě nanášejí do spojů a tam ztuhnou. Plastové kolíky jsou obvykle úhlové a používají se hlavně na pokosové spoje rámů. Mají příčně profilovaný povrch, do dřeva se zarážejí bez lepení. Plastová pera mají rybinovitý průřez, který zajišťuje pevný spoj bez lepení. Zasouvají se do rybinovitých drážek. Používají se ke spojování rámů z masivního dřeva na pokos.

Spojování plasty Obr. 4.8. Plastové spojovací prostředky a – plastový úhlový kolík, b – plastové pero, c – plastové úhlové pero

Spojování plasty Roztavené plasty se vysokým tlakem pomocí trysek vstřikují do vyfrézovaných dutin a profilů ve spojovaných místech. Při tuhnutí se plast ve spoji smršťuje a tím stahuje dílce k sobě (není nutno používat stahovací přípravky). Nejvhodnějším druhem plastu je polyamid, který po ztuhnutí vytváří velmi pevné a houževnaté spoje, mnohem pevnější, než kolíkové. Vzhledem k vysokým teplotám tavení (až 300 °C) je nutné speciální zařízení a metoda je vhodná pouze pro velké série výrobků.

Kontrolní otázky : Vysvětlete, jak lze zabránit rozštípnutí dřeva při přibíjení masivní lišty hřebíky podél vláken. Jak budete postupovat při spojování dřevěných materiálů vruty? Co znamená injektování otvorů pro vruty a z jakých důvodů se provádí? Proč se u nábytku používají rozebíratelné šroubové spoje? Čím je ovlivněná pevnost kolíkových spojů? Srovnejte kolíkové a lamelové spoje.