De Hamerverbinding. Een nieuwe laserbare no-screw-no-glue houtverbinding

Wil je twee stukken hout met elkaar verbinden zonder schroeven? Heb je een lasersnijder? Lees dan verder..

Het idee

Ik zocht laatst een makkelijke manier om een paar honderd kleine beugeltjes te maken. Omdat we genoeg lasermachines in de buurt hebben lag lasersnijden voor de hand.

De beugels zouden uit twee losse (gelaserde) delen gemaakt worden, en omdat het er zo veel moesten zijn wilde ik een snelle manier om de twee delen aan elkaar vast te maken. Misschien een soort wig die je met een hamer in elkaar kan slaan...

De beugels bleken uiteindelijk helemaal niet meer nodig te zijn, maar het idee van de wig heeft een interessante nieuwe houtverbinding opgeleverd. 

 

Hoe werkt het?

Het is een soort pen- en gat verbinding, die met een wig vastgezet word. Het unieke is dat de wig geïntegreerd is in het ontwerp. De wig wordt met de rest van de verbinding uitgelaserd, vastgehouden door twee tabjes (smalle stukjes materiaal). Om de verbinding te monteren steek je de pen door het gat en geef je de wig een klap met een hamer. De wig breekt los en duwt de pen uit elkaar, die zich vastklemt in het gat. En Voilá, een sterke verbinding.

 

Voordelen

Het interessante aan deze verbinding is hoe makkelijk hij in elkaar kan worden gezet. Met één hamerslag ben je klaar. En je hebt maar twee delen om vast te houden.

Vervolgens zijn er geen uitstekende delen meer, wat prettig is in het gebruik en er goed uit ziet. Wil je je product helemaal netjes afwerken dan kun je de pen zo ontwerpen dat hij ca. 0.2mm uitsteekt. Dit topje schuur je er gemakkelijk vanaf zodat je ook geen gelaserde randen meer ziet.

Een groot voordeel is natuurlijk dat je de verbinding gemakkelijk kunt maken met je lasersnijder. Één keer, of heel veel keer. Als je het ontwerp eenmaal goed hebt (en die kun je hieronder downloaden) dan werkt het altijd en kost het amper moeite om er meer te maken.

Last but not least: je hebt geen schroeven of lijm nodig. Dat scheelt geld en moeite. Maar bovenal geeft het, vind ik, een elegantie om een ontwerp in één singulier materiaal te hebben wat je met één productiestap kan maken.

 

Nadelen

Natuurlijk zijn er, zoals bij alle verbindingsmethodes, nadelen om rekening mee te houden.

Ten eerste; dit is een verbinding die je niet meer uit elkaar krijgt. Eenmaal vast is vast. 

Een andere overweging is hoe veel materiaal je verliest ten koste van de uitstekende wiggen. Het kan zo uitkomen dat je daardoor meer plaatmateriaal nodig hebt. Als dit een beperking is kun je toch overwegen om de wiggen los te laseren zodat je de delen van je ontwerp dichter tegen elkaar aan kan nesten.

Als je dikkere materialen lasersnijdt zul je zien dat de onderzijde van de snede vaak iets breder is dan de bovenzijde. Hierdoor kan de pen iets schuin gaan staan richting de kant waar meer ruimte is. Dit is te voorkomen door de verbinding plat op een tafel te leggen tijdens assemblage, of door achteraf de pen weer recht te slaan.

Geschikte materialen

Zoals eerder genoemd, is multiplex een uitstekende keuze voor deze verbinding. De klemkracht is het sterkst bij hardere houtsoorten zoals berkenmultiplex. MDF werkt ook goed.

Een dikte van 6mm of meer is ideaal. Dunnere platen kunnen worden gebruikt, maar zullen logischerwijs wat minder sterke verbdindingen opleveren.

Bamboe is een geval apart. Hoewel bamboe een harde en taaie houtsoort is, breekt het snel langs de nerven. Als je besluit bamboe te gebruiken, let dan op de nerfrichting en zorg ervoor dat de klemkracht parallel loopt aan de nerven en niet loodrecht erop.

Hoewel HDPE en POM mogelijke kandidaten zijn, zijn het vrij gladde materialen waardoor de verbinding wat minder sterk zal worden. Voor deze materialen is het beter om een vormgesloten variant van deze hamerverbinding te ontwerpen (zie onder).

Acrylaat is een minder goede keuze voor deze verbinding. Hoewel je hamerverbindingen in acrylaat werkend kunt krijgen (zie onder), is het niet zo betrouwbaar. Acrylaat is namelijk een bros materiaal en is gevoelig voor scheuren en breuken op gespannen plekken. Je hebt dus grote kans dat er iets breekt terwijl je de wig inslaat.

Massief hout is een geweldige optie. Dat is gemakkelijk te lasersnijden en als je ontwerp massief hout gebruikt zonder bevestigingsmiddelen of lijm, heb je echt een 100% biologisch afbreekbaar en recyclebaar product gemaakt. 

 

Mogelijke toepassingen

Zoals gezegd is deze verbdinding ideaal als je veel van iets moet maken, omdat hij makkelijk in elkaar te zetten is en je bevestigingsmaterialen uitspaart. 

Maar je kunt hem ook prima gebruiken voor bijvoorbeeld kleine tafeltjes, kastjes, kratten, sculpturen enzovoorts.

Als voorbeeld hebben we een klein bijzettafeltje ontworpen. Ideaal om bijvoorbeeld een plant op te zetten. Dit ontwerp is voor 9mm berken multiplex. Het bestaat uit twee poten die je in elkaar schuift, en een tafelblad wat je met vier hamerverbindingen vastzet.

 

 

Toekomstige verbeteringen

De huidige hamerverbinding werkt met klemkracht om de platen op hun plaats te houden. Dit noem je ook wel een krachtgesloten verbinding. 

Voor zachte materialen, gladde materialen of materialen die slecht tegen spanning kunnen zou je ook een vormgesloten verbinding kunnen maken. Je kunt bijvoorbeeld de pen wat langer maken en aan beide zijden een soort haakjes toevoegen. Deze haakjes worden naar buiten geduwd door de wig en sluiten zich om het oppervlak heen. Zo'n verbinding hoeft geen of weinig kracht uit te oefenen en kan toch een betrouwbare verbinding zijn.

Je zou ook nog kleinere en grotere versies kunnen maken. De hamerverbinding is nu 20mm breed. Hij kan aangepast worden op verschillende materiaaldiktes, maar de breedte blijft gelijk. Als je de breedte wilt aanpassen zul je ook aanpassingen moeten doen aan de diepte en de flexibele delen van de pennen, om voor de juiste klemkracht te zorgen. 

 

Hoe noem je deze verbinding?

In de traditionele houtbewerking kom je ook wel verbindingen tegen met wiggen. In het engels worden ze fox wedge mortise and tenon joint genoemd. Om het simpel te houden noem ik deze verbinding meestal de hamerverbinding.

(De fox wedge pen- en gatverbinding. illustratie van deze website)

Downloads

Is dit iets wat je in jou projecten zou kunnen gebruiken? Dat kan! Hieronder vindt je tekeningen van de verbinding voor verschillende diktes, plus een parametrische versie die je helemaal zelf kunt dimensioneren. Het bijzettafeltje vind je ook. 

De Hammer Joint © 2023 door Jiskar Schmitz van Lasersheets mag vrij gebruikt worden! Hier vindt je alle tekeningen:

• Hammer joint for 3mm, 4mm, 5mm, 6mm, 9mm, 10mm and 12mm (2d vector pdf)
• Hammer joint for 6mm (3d step file)
• Hammer joint parametrisch (link naar Onshape model)

Het voorbeeldontwerp (bijzettafeltje):

• Bijzettafel 9mm berken (2d pdf)
• Bijzettafel 9mm berken (link naar Onshape model)

Tips voor gebruik van de hamerverbinding

Het is belangrijk dat je de juiste versie van de hamerverbinding gebruikt omdat het ontwerp voor elke dikte materiaal anders is. Hoewel onderstaande tekeningen uitgebreid getest zijn, kan het zijn dat je de tekeningen iets moet aanpassen voor jou specifieke laser, materiaal of ontwerp. 

 

Als je de verbinding wilt gebruiken in je eigen ontwerp, zul je hem op verschillende plekken in je ontwerp moeten plakken. Hoe je dat precies doet hangt af van je tekenprogramma en ervaring. Een 2D CAD-programma zoals AutoCAD of Rhinoceros3D is ideaal daarvoor, maar het kan ook prima in andere software zoals Illustrator, Inkscape of CorelDRAW.

Ter referentie, is dit mijn proces om iets te ontwerpen met deze verbinding:

1. Ik maak een 3D-ontwerp van mijn project in Onshape waar ik simpele blokken teken op de plek waar ik de verbinding wil. Niet de echte verbinding dus, want dat is te veel werk. 
2. Ik gebruik de AutoLayout functie om alle onderdelen plat te leggen, en maak dan een assembly en drawing met alle onderdelen.
3. Ik download de tekening als pdf en importeer deze in Rhino.
4. In het ontwerp van de hamerverbinding in Onshape stel ik de dikte in van het materiaal dat ik ga gebruiken.
5. Ik download de 2D bestanden van de hamerverbinding.
6. In Rhino kopieer ik de pen en gat naar alle plaatsen waar het wordt gebruikt.
7. Daarna exporteer ik de 2D-tekening voor het lasersnijden.

 

Gebruik het parametrische model van de Hamerverbinding in Onshape

Ik noemde al Onshape. Dat is 3D cad software die volledig in je browser draait en waar je dus niks voor hoeft te installeren. Het is qua gebruik vergelijkbaar met bijvoorbeeld Fusion360 of SolidWorks. Onshape kun je gratis gebruiken zolang je het niet erg vindt dat je ontwerpen publiek toegankelijk zijn. Je moet wel een account aanmaken om toegang te krijgen.

Ik heb een openbaar document gemaakt met de Hamerverbinding. Je vindt het hier:

Hamerverbinding Onshape model

Klik op de link om het in 3D te bekijken. Wil je de instellingen (parameters) van het model aanpassen voor een andere materiaaldikte dan moet je een Onshape account aanmaken. Daarna kun je het model Clonen zodat het in je eigen account staat. Vervolgens kun je alles wat je wil aanpassen. 

De parameters aanpassen

In de Feature list (links) zie je drie variabelen (met het x-icoon):

• tenon-sheet-thickness
• mortise-sheet-thickness
• laser-kerf

Dubbelklik erop, typ een nieuwe waarde in en klik op het vinkje om op te slaan.

Tip: Heb je het mapje "do not change" gezien? Daarin zitten nog meer variabelen die oa de breedte van de verbinding bepalen. Pas ze alleen aan als je bereid bent flink te testen en experimenteren, want ze hebben veel invloed op de flexibiliteit van de pen en de klemkracht.

Naar PDF exporteren

Als je tevreden bent met je instellingen, wil je waarschijnlijk een 2D-tekening downloaden om in je eigen ontwerp te plakken. Om beide delen van de hamerverbinding in één pdf te exporteren, doe je het volgende:

1. Klik op het tabblad "Drawing 1" in de onderste balk.
2. Klik op de gele update-knop in de menubalk om de tekening bij te werken.
3. Klik op het hamburgermenu en kies Print. Dit opent een nieuw tabblad met het pdf-bestand, wat je vervolgens kunt opslaan.

Naar DXF/DWG exporteren

Je kunt ook direct exporteren naar dxf/dwg.

1. Ga terug naar de Part studio door te klikken op de tab "fox wedge joint" onderin het scherm
2. Klik met de rechtermuisknop op een van de onderdelen en kies "Exporteren als DXF/DWG....".
3. Kies in de popup het gewenste formaat en klik op Exporteren

Tot slot

Wat ga jij maken met de hamerverbinding? Wij horen het graag. Deel je creaties met ons via Instagram, linkedin of in een mailtje. Als je vragen of suggesties hebt kun je ons altijd bereiken via info@lasersheets.nl.

Disclaimer: Hoewel we de hamerverbinding uitgebreid getest hebben kunnen we natuurlijk niet garanderen dat het bij jou, in jou toepassing ook goed werkt. Dit werk is bedoeld als inspiratie en als vertrekpunt voor je eigen ontwerpen. Veel succes!