Magasépítészet

Betétes kapcsolás fáknál

A betétes kapcsolások lényege. A betétes kap­csolásoknál a kapcsolandó fa-elemek közé olyan, különböző anyagú és alakú betéteket alkalmazunk, amelyek a fellépő erőket az egyik faelemről a másikra átadják.

A betétek osztályozása

Anyaguk szerint van­nak: keményfa- és puhafa-, acél- és bronzanyagú betétek. Alakjuk szerint vannak: hasáb és henger, illetőleg korong alakú, valamint különleges (gyűrű és tárcsa) alakú betétek. A fémbetétek felülete sima, fogazott vagy tüskés lehet. Különbséget lehet tenni ezenkívül a kötés előállítási módja szerint is.

Keményfa hasáb (ék)

A korszerű kapcsolások legrégebbi módja a keményfa betétes kötés. A hasáb alakú betét anyaga: tölgyfa, gőzölt bükkfa vagy gyertyánfa. A betét az összekötendő faelemek között háromféle módon helyezkedhetik el. A 133a ábra szerinti esetben a betét rostjai párhuzamosak az összekötendő faelemek rostjaival és az erő irányával. A 133 b ábra szerinti eset­ben csak félannyi keményfa anyagra van szükség; a kötés véső nélkül, pusztán fűrésszel állítható elő.

Ékkötesek

133. ábra. Ékkötesek; a) vízszintes, b) ferde, c) két darabból álló

A 133 c ábra szerinti esetben a betét két ék alakú darabból készült, azért, hogy az ékek után-verése réven később is tökéletes érintkezést lehes­sen elérni az összekapcsolt faelemek és a betét között. Ezzel az előnnyel szemben hátrányos az a körülmény, hogy a betét rostjai merőlegesek a faelemek rostjaira, ami egyrészt az erőátadás szempontjából, másrészt a rostokra merőleges irányban könnyebben bekövetkező alakváltozá­sok (zsugorodás és duzzadás) szempontjából kifo­gásolható.

A betéteket és a számukra készített fészkeket pontosan egymásba illően kell elkészíteni. Pontos, hogy a betétek a fészkekbe végig egyenletesen és szorosan illeszkedjenek és csak kalapáccsal lehes­sen azokat beverni. A betétek gyalult felületűek legyenek.

A hasábbetétes kötés működéséi a 134 a ábrán tanulmányozhatjuk. Látjuk, hogy a betét az 1-1 síkon nyírásra, a faelemek pedig a 2-2 síkokon színtón nyírásra, azonkívül a v * b felületek nyo­másra vannak igénybe véve.

Hasábbetétes fakötés

134. ábra. Hasábbetétes fakötés; a) a kötésben fellépő erők, b) a betétre megnyilvánuló erőhatás ábrája

A 134 b ábra a betétekre ható P1 * v = Q1*2/3d nyomatékokból adódó hatást érzékelteti. A P1* v nyomaték miatt a betét eredeti helyzetéből el akar fordulni, szét akarja feszíteni a kötést. Túl­terhelt és utána felvágott próbadarabokon láthatjuk, hogy a betét az előbbi okból kifolyólag roncsolja a faelemeket (135. ábra). A betét elfor­dulását a kötés együtt-tartására szolgáló csavar akadályozza meg.

Az előbbiek alapján a kötés méretezése szem­pontjából számítani kell a) a palástnyomást, b) a nyírást a betétben, c) a nyírást a kapcsolandó elemekben, a végfáktól számított t hosszon. Ha több betétre van szükség, akkor azokat szinten t távolságban kell elhelyezni egymástól, hogy a betétek között is elegendő nyíró felület álljon rendelkezésre az összekapcsolandó faelemekben (134 a ábra).

Korong és tárcsa alakú betétek. A hasáb alakú ékek helyett lehet korong alakú tárcsákat is alkal­mazni. Ez esetben a betét és az összekapcsolandó elemek palástfelület mentén érintkeznek. A palást­nyomás eloszlása kedvezőtlenebb, mint a hasáb alakú betétek egyenletes teherátadása.

Túlterhelt hasábbetétes fakötésben mutatkozó alakváltozások

135. ábra. Túlterhelt hasábbetétes fakötésben mutatkozó alakváltozások

Kübler-tárcsás kötés

136. ábra. Kübler-tárcsás kötés ; a) a deformálódott kötés metszetben, b)-c) tárcsák

A Kübler-korong (136. ábra) hengerfelülete kissé kónikusan van kialakítva azért, hogy a betét a túlterhelés után se roncsolja a fákat, hanem némileg elcsúszva elhelyezkedjék az előre elké­szített fészekbe (136 a ábra). A keményfából vagy öntött vasból készült tárcsa közepén a kötés összetartása céljából csavar van át­fűzve.

A gyűrű alakú betétek acélból készülnek. A teherátadás ezeknél is palástfelület mentén történik, a kapcsolatos méretezést is ennek meg­felelően kell végezni. Eleinte zárt gyűrűkkel kísér­leteztek, de ezeket ma már nemigen használják, hanem inkább nyitott, ún. Tuscherer-gyűrűket (137 d ábra) alkalmaznak. Ezek teherbíró képes­sége átlagosan 65%-kal nagyobb, mint az azonos méretű zárt gyűrűké vagy tömör tárcsáké, mert az erőhatásra elmozdulnak és jobban illeszkednek a vájathoz.

Tuscherer-gyűrűs kötés

137. ábra. Tuscherer-gyűrűs kötés; a)-e) alakváltozása, d) nyitott acélgyűrű

A nyitott acélgyűrű működését a 137 a-c ábra tünteti fel. Az eredetileg teljesen egymásra illesz­kedő árkok a terhelés következtében – habár kis­mértékben is (az ábrán túlozva) – egymáshoz képest elcsúsznak. Ennek folytán a zárt acél­gyűrű csak egy helyen, kis palástfelület mentén érintkezik a fával. Ezzel szemben a nyitott acél­gyűrű rugalmasan viselkedik és két helyen érint­kezik a fával, tehát több erőt képes felvenni, mint a zárt gyűrű. A nyitott rugalmas acél­gyűrűket úgy kell beépíteni, hogy a gyűrű nyílása azon az egyenesen helyezkedjék el, mely átmegy a gyűrű középpontján és merőleges a legkedvezőt­lenebb eredőerő irányára.

A Christoph és Unmack-féle |- szelvényű öntött vasgyűrű (138 a ábra) nem rendelkezik a „Tuscherer” gyűrű rugalmasságával (ezért inkább a korong alakú betétek csoportjába volna sorolható), viszont a betét elmozdulását (billenését) előidéző erőpár szempontjából előnyösebb.

Különböző acélgyűrű betétek

138. ábra. Különböző acélgyűrű betétek; a) Christoph-Unmack b) szárnyas, c) Schüller-féle két darabból való (ellenőrizhető), d) Stephan-féle lépcsős gyűrű

Az előbbiekben kívül még igen sokféle, a 138. ábrán látható öntött vas vagy acélgyűrű és tárcsa van.

A tárcsás kötések előállítása. A fatárcsák gon­dosan esztergályozottak, az öntött vas tárcsák és acélgyűrűk pontos előállításúak legyenek. A hozzájuk illő fészkeket és árkokat marógépekkel kell elkészíteni; azokba a tárcsák szorosan illesz­kedjenek.

Különleges felületű betétek

A különleges felületű betétek szintén acélból készülnek. Ilyenek: az acéllemezből való, négy­szögletes vagy kör alakú, felhajlított fogakkal kialakított Bulldog-tárcsa (139 a-b ábra); az acéllemezből hullámosra sajtolt, egyébként fogas Alligátor-gyűrű (139 d ábra); az acéltárcsából kétfelé kiálló szegekkel ellátott Geka-tárcsa (139 c ábra); a Greim-féle tárcsa stb. Ezeket az össze­kötendő faelemek közé helyezik, azután a faele­meket erre a célra szerkesztett összesajtoló szer­számmal összehúzatják, miközben a tárcsák fogai, tüskéi vagy szegei behatolnak a fa rostjai közé. Ebből a célból néha jelentős nagyságú erőt kell kifejteni.

Különleges felületű betétek

139. ábra. Különleges felületű betétek; a)-b) Bulldog, c) Geka, d) Alligator-betét

Az ilyen betétek előnyösen működnek, mert a teherviselő képesség a rostokra merőleges vagy azokhoz képest ferde irányú erőhatás esetében sem csökken; továbbá keskenyebb szélességű faelemek esetében is alkalmazhatók (ugyanakkor gyűrű alakú betét esetében szélesebb faelemre van szükség); azonkívül a hasznos keresztmetszet is kedvezőbb lesz, mert a fát kevésbé gyöngítik.

A kivitelezés szempontjából is előnyösek, mert az ilyen betéteknél nem kell a kapcsolandó faelemekbe olyan fészkeket vagy árkokat készíteni, mint amilyenekre az előzőekben tárgyalt egyéb termé­szetű betétek esetében mindig szükség van.

A különleges alakú és felületű betétek méretezése. Az előbbi bekezdésben foglalt különleges betétek teherbírását kísérletek útján állapították meg. Ennek megfelelően a különböző fajtájú és nagy­ságú betétek megengedett, illetve határigénybe-vételét táblázatokból olvashatjuk le.

Csavar szerepe

A csavar szerepe a betétes kötéseknek. A betétes kötéseknél minden esetben csavarokat is alkalma­zunk, azonban ezek általában nem vesznek részt az erőátadásban, mert – mint korábban láttuk – a csavarkötések elmozdulása nagyobb, mint a betétes kötéseke. Ezért a csavarokat a teherátadás szempontjából nem is szabad számításba venni. A csavarok ez esetben csak a kötések együtt tartására (szétválásuk megakadályozására) szolgálnak. A szétválás nemcsak külső erőművi beavatkozásra, hanem a betétek korábban tár­gyalt elfordulását (billenését) előidéző erőpár hatá­sára is bekövetkezhet.

A hasáb alakú keményfa betéteknél a csavarok a betétek között helyezkednek el; puhafa betétek esetében a betét közepén haladnak át. A korong alakú betéteknél, mint láttuk, a csavar a betét közepén van átfűzve. A gyűrű alakú, valamint a különleges felületű fémbetéteknél a csavar szintén a betét közepén halad át.

A teherátadásban részt nem vevő – tehát csak összefűző szerepű – ún. fűző csavarok mérete tekintetében tájékoztatásul közöljük az alábbi adatokat.

Ha P az egész kötésre ható erő, akkor a csavarátmerő:

  • P < 2000 kg esetén 3/8″ – 1/2″
  • P 2000 – 5000 kg esetén 1/2″ – 5/8″
  • P 5000 – 15000 kg esetén 5/8″ – ¾”
  • P > 15000 kg esetén 3/4″ – 1″