CZ307716B6

CZ307716B6 - Způsob profilování plechů

Info

Publication number: CZ307716B6
Application number: CZ2015-489A
Authority: CZ
Inventors: Jan Luberda
Original assignee: Blachotrapez Sp. Z O.O.
Priority date: 2014-08-27
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2019-03-13
Also published as: SK288681B6; CZ2015489A3; RO131678B1; PL409293A1; RO131678A2; SK50392015A3; PL224142B1

Abstract

Způsob profilování plechů, ve kterém se plech pokrytý alespoň jednou ochrannou vrstvou protahuje soustavou profilujících a tvářecích zařízení. Plech se ohřívá indukčně na teplotu 25 až 40 °C v místech provádění prolisů.

Description

Oblast techniky

Předmětem vynálezu je způsob profilování plechů, který je využíván při profilování plechů pokrytých alespoň jednou ochrannou vrstvou.

Dosavadní stav techniky

U známého způsobu profilování plechů, využívaného při výrobě plechových střešních tašek, jsou prvky střešní krytiny vytvářeny z rovného plechu dodávaného v kotoučích. Plech je pokryt minimálně jednou ochrannou vrstvou. Materiál je uskladněn venku nebo ve skladovací hale. Výroba plechových střešních tašek probíhá po celý rok. V případě potřeby výroby jsou kotouče plechu přiváženy na výrobní haly. V letním období z nich následuje bezprostředně výroba prvků střešní krytiny v podobě plechových střešních tašek. V období podzimním, zimním a jarním, když je venkovní teplota mnohem nižší, jsou kotouče uskladňovány v hale po dobu minimálně 48 hodin, než jsou použity k výrobě. Doba skladování kotoučů plechu uvnitř haly umožňuje ohřátí plechu na teplotu, která jev místnosti. Haly jsou slabě vytápěné, a tak je teplota plechu poměrně nízká, řádu několika stupňů Celsia.

Kotouč plechuje po rozbalení pomocí jeřábu vkládán na vozík a nakládán na odvíjecí stroj. Ten odvíjí pás plechu odpovídající rychlostí, adekvátní k rychlosti práce profilujícího stroje, vybaveného řadou profilujících válců. Pás rovného plechu je zaveden nejprve do vodicích lišt profilujícího stroje a pod první profilující válce, jejichž umístění odpovídá středové části pásu plechu. První profilující válce vtahují materiál odpovídající rychlostí a současně profilují vlnu odpovídajícího tvaru ve střední části pásu plechu. Další profilující válce profilujícího stroje, mezi které je plech zaveden, profilují vlny po obou stranách vln vytvořených prvními profilujícími válci a další válce, přes které se přemisťuje pás plechu, profilují další vlny na plechu, vedle již existujících vln. Když jsou přes profilující válce na celé ploše plechu vytvořeny podélné vlny, takto vyprofilovaný plech jde pod lis, který s odpovídající silou a odpovídajícím kmitočtem provádí příčné pro lisy a tvoří tímto způsobem další lomy střešní tašky. Takto vyprofilovaný plech jde pod řezačku, která řeže příčně pás vyprofilovaného plechu na prvky plechových střešních tašek odpovídající délky.

U známého procesu profilování trapézových plechů je také využíván plech v kotoučích. Plech je využíván pro výrobu trapézových plechů, podobně jako plech na plechové střešní tašky, je již opatřena alespoň jednou ochrannou vrstvou. Pás rovného plechuje protažen přes další profilující válce profilujícího stroje a vyprofilovaný plech je řeže řezačkou na archy stejné délky.

Zpracování profilováním probíhá u plechů s ochranným nátěrem. Obvykle se jedná o polyesterový povlak, kterým je plech opatřen již výrobcem plechu čili hutí. Plech může být nejprve galvanicky pozinkován. Pak má dvě ochranné vrstvy. Střešní plechy opatřené organickým povlakem v podobě polyesteru charakterizuje to, že je možné je formovat plasticky s využitím známých technologií, takových jako profilování válcové, ohýbání a hluboké lisování. Polyesterový povlak má dobrou plasticitu, dobré dekorativní vlastnosti a také dobrou odolnost proti vlivu atmosférických podmínek. Jeho odolnost proti teplu je téměř 110 °C. Polyesterová vrstva může být standardní, s leskem nebo matná.

V průběhu dlouholeté výroby se ukázalo, že ve výrobcích z profilovaného plechu, takových jako na příklad plechové střešní tašky, se mohou objevovat poměrně rychle projevy poškození povrchu, které se projevují ohnisky koroze, rychle se šířící po celém výrobku. Postup koroze ve velké míře závisí na druhu ochranných vrstev povrchu plechu a při jeho pokrytí vrstvou zinku je pomalejší, přesto však stále neuspokojivé.

- 1 CZ 307716 B6

Při zpracovávání plechu vznikají mikropraskliny laku, které prakticky mohou být holým okem nepostřehnutelné. V případě střešních plechů, kde se občas vyskytují extrémní podmínky provozu, vzhledem k faktorům ovlivňujícím jejich trvanlivost, mají velký vliv právě tyto mikropraskliny. Místa mikroprasklin je nutno vnímat jako místa, kde je ocelové jádro plechu pokryto pouze vrstvou zinku. A pokud během skladování plechu již vyprofilovaného do momentu jeho položení na střeše v těchto místech došlo k zapaření (viditelná je bílá koroze), pak efektem bude ve velmi krátkém čase (již po 3 až 5 letech) viditelné odprýskávání laku a počínající koroze. Dlouholeté výzkumy, které byly založeny na pozorování těchto míst (zahnutých hran potahovaných profilů položených na střeše) během řešení reklamací zákazníků ze strany výrobců plechových střešních tašek ukázaly, že pokud nedošlo ke vzniku mikroprasklin laku skrz, pak tato místa během dlouhodobého provozu střechy nepodléhají změnám. Zato místa s viditelnými mikroprasklinami a také se značnými mezerami velmi rychle podléhají degradaci.

V případě menších mikroprasklin společné působení vrstvy zinku a povlaku zabraňuje vzniku koroze. Intenzita vyskytujících se změn závisí na mnoha faktorech, na příklad působení agresivních chemických prostředků, kouře, popela, prachu nebo jejich roztoků, faktorů způsobujících biologické bujení, stékající vody z různých povrchů a také na údržbě nebo případných mechanických poškození či odřenin. V mnoha případech by provedení údržby plechu těmto změnám zabránilo. Vzhledem k celoroční produkci střešních plechů probíhá proces jejich profilování v různých teplotách. Analýza všech reklamací zákazníků vede k závěru, že hlavní příčinou degradace povlékaných povrchů je profilování plechů v příliš nízké teplotě.

V dokumentu JPS 60152334 (IG Gijutsu Kenkyusho KK) je popsán způsob tvarování plechu, opatřeného ochrannou vrstvou, při kterém, aby nedošlo k poškození ochranné vrstvy, se plech odvinutý z kotouče těsně před tvarováním ohřeje na teplotu přibližně 30 až 60° C. Tím se má zabránit poškození ochranného povlaku jako je jeho popraskání, ztenčení, vznik mikrotrhlin apod. Popsaný způsob se týká plošného ohřevu plechu, blíže nespecifikuje prostor ohřevu, užší teplotní rozmezí ohřevu, ani metodu ohřevu, což jsou pro výsledek podstatné faktory.

Cílem vynálezu je vypracování takového způsobu profilování plechu pokrytého alespoň jednou ochrannou vrstvou, který by umožňoval dosáhnout dokonce hlubokých prolisů bez poškození ochranné vrstvy plechu.

Nečekaně se ukázalo, že hlavním faktorem rozhodujícím o trvanlivosti organického povlaku, a tedy i korozní odolnosti vyprofilovaného střešního plechu, jak v podobě plechových střešních tašek, tak i trapézového plechu, je teplota plechu, zejména teplota lakovaného nátěru během profilování plechu. Když teplota plechu během profilování plechu není patřičně vysoká, to znamená je nižší než 25 °C, pak v místech prolisů dochází k poškození lakovaného nátěru v podobě mikroprasklin lakovaného nátěru. To je v budoucnu příčinou odloupávání laku na prolisech, v důsledku čehož dochází k postupující korozi. Tento proces, díky anodovému vlivu pozinku, ochranné vrstvě nacházející se pod vrstvou laku, postupuje pomaleji.

V případě plechových střešních tašek jsou kritickými místy razníky čili místa odskoku (lomu) střešní tašky a v případě trapézových plechů podélné hrany. Největší poškození se vyskytují při malých poloměrech deformace, vysokých rychlostech zpracování a nízkých teplotách plechu během jeho profilování. Plech má během profilování teplotu okolí. Často je to dokonce i v letním období příliš nízká teplota pro provedení profilování plechu bez vzniku poškození ochranné vrstvy na prolisech. V podzimním, zimním a jarním období čili v období nízkých teplot okolí, dokonce pod 0 °C, je nižší teplota rovněž na výrobní hale. Profilování plechu v těchto podmínkách způsobuje největší poškození v lakovaném nátěru. Vytápění výrobní haly na teplotu vyšší než 25 °C by bylo velmi nákladné.

Způsob, dle vynálezu, umožňuje profilování plechu bez jakýchkoliv mikroprasklin laku v místech prolisů, dokonce i na raznících plechových střešních tašek bez nutnosti vytápění celé kubatury výrobní haly. Tento způsob se hodí pro vytváření každého profilu plechových střešních

-2CZ 307716 B6 tašek, jak rovněž trapézového plechu různých profilů. Charakterizuje je velmi nízké náklady na spotřebu energie a dále mnohem kratší doba ohřívání v poměru k ohřívání plechu jinými metodami.

Podstata vynálezu

Způsob profilování plechů, dle vynálezu, kdy se plech pokrytý alespoň jednou ochrannou vrstvou protahuje přes soupravu profilujících a tvářecích zařízení, je charakteristický tím, že plech je ohříván indukčně na teplotu od 25 °C do 40 °C v místech provádění prolisů.

Příznivé je, když se profiluje plech pokrytý galvanickou vrstvou. Dále je také příznivé, když se profiluje plech pokrytý lakovanou vrstvou. Také je příznivé, když se profiluje plech pokrytý několika ochrannými vrstvami.

Objasnění výkresů

Způsob profilování plechů podle vynálezu je blíže vysvětlen na připojených výkresech, kde obr. 1 znázorňuje závislost stupně degradace pro největší profil u plechových střešních tašek, kterým je razník čili schůdek plechové střešní tašky, lisovaný na lisu, v závislosti na teplotě plechu, který profilován. Obr. 2 představuje snímek, pořízený digitálním mikroskopem při zvětšení 250krát, v místě razníku plechové střešní tašky, kdy byl prolis proveden při teplotě kolem 8 °C a obr. 3 představuje snímek, pořízený digitálním mikroskopem při zvětšení 250krát, v místě razníku plechové střešní tašky, kdy byl prolis proveden při teplotě kolem 30 až 35 °C.

Příklady uskutečnění vynálezu

Způsob profilování plechů podle vynálezu se týká profilování plechů pokrytých alespoň jednou ochrannou vrstvou. V příkladu provedení může být vrstva zinku nanesena galvanicky nebo lakovaná vrstva. Často je ochranných vrstev plechu více. Plech je chráněn tenkou vrstvou zinku (275 g/m²) naneseného galvanicky a následně pokryt lakovanou vrstvou v podobě polyesterového povlaku. V příkladu provedení se pro profilování plechu používá rovný plech navinutý na kotouče. Průměrná hmotnost kotouče je 5 tun, délka pásu na takovém kotouči 1000 m, šířka pásu 1250 mm, tloušťka pásu 0,5 mm. Střešní krytiny mohou být rovněž vytvářeny z plechu jiné šířky a tloušťky.

Takovýto plech je protažen soupravou profilujících a tvářecích zařízení. Takovými zařízeními v případě profilování plechu na prvky plechové střešní tašky jsou: profilovací stroj se soustavou profilujících válců, které profilují v pásu plechu vlny; lis, který vytváří příčné prolisy, v podobě stupňů plechových střešních tašek, a řezačka, která řeže příčně pás vyprofilovaného plechu na odpovídající délky prvky střešní krytiny. V případě vytváření trapézového plechu jsou těmito zařízeními: profilující stroj se soustavou profilujících válců, které profilují v pásu trapézového plechu vlny, a řezačka, která řeže příčně pás vyprofilovaného plechu na odpovídající délky prvky střešní krytiny.

U způsobu profilování plechů, dle vynálezu, je plech ohříván v místech provedení prolisů. Pokusy bylo zjištěno, že teplota plechu v místě provádění prolisů musí být v rozmezí od 25 do 40 °C, aby se předešlo vzniku poškození ochranné vrstvy.

U způsobu, dle vynálezu, je ohřívání plechu v místech, ve kterých mají být prováděny prolisy, prováděno indukčně pomocí indukčních ohříváků, kterými jsou vybaveny profilující stroje a lisy. Odpovídající přístrojové vybavení zaručuje správné ohřívání materiálu v procesu profilování střešních plechů. Práce ohříváků je řízena automaticky a výkon je volen podle teploty okolí.

-3 CZ 307716 B6

Byly provedeny zkoušky lisování plechů povlékaných v různých teplotách. Pro zkoušky byly použity plechy s různými polyesterovými povlaky. Vzorek plechu byl ohříván pomocí tepelných zářičů nebo dmýchadel pouze na polovině jeho šířky na teplotu maximálně 40 °C. Zkoušky byly prováděny při teplotě okolí kolem 5 °C. A tedy polovina šířky plechu měla teplotu kolem 5 °C, zatímco druhá polovina teplotu od 25 do 40 °C. Měření teploty bylo prováděno pomocí laserového měřiče teploty. V takových podmínkách bylo provedeno profilování plechů. Podobné zkoušky byly provedeny zónovým ohříváním plechu pomocí indukčního ohříváku. Po provedení mikroskopového pozorování při zvětšení od 40krát až 250krát byl jednoznačně zjištěn výrazný rozdíl ve vzhledu povlaku. Na obr. 2 je představen poškozený povrch plechové střešní tašky a na obr. 3 nepoškozený povrch plechové střešní tašky. Jak je znázorněno na obr. 2, na snímku jsou v místě razníku plechové střešní tašky, kdy je pro lis proveden při teplotě kolem 8 °C, viditelné mikropraskliny, které zobrazují podélné světlé čárky na pozadí svraštělé struktury matného laku, zatímco, jak je znázorněno na obr. 3, na snímku se v místě razníku plechové střešní tašky, kdy je prolis proveden při teplotě kolem 30 až 35 °C, nevyskytují žádné mikropraskliny, je viditelná jednotná struktura lakovaného matného nátěru.

Neočekávaně se ukázalo, že místa ohřívání a následně vystavená profilování nevykázaly žádné změny ve vzhledu (neexistují jakékoliv mikropraskliny), zatímco místa s nízkou teplotou měla výrazné mikropraskliny, v některých případech viditelné dokonce holým okem. Byla pořízena fotodokumentace a vzorky byly archivovány. Výsledky metalografické analýzy ukazují, že v kritických místech ohýbání archu plechu v nízkých teplotách vznikají mikropraskliny. Ty jsou způsobeny namáháním tahem během profilování. Závislost stupně degradace povlékaného povrchu vyprofilovaného plechu na teplotě zpracování znázorňuje níže uvedená tabulka, znázorněná na výkresu na obr. 1.

Teplota [°C]	Degradace [D]
2
5
10	5
12	4,9
14	4,65
16	4
18	2,95
20	2,1
22	1,6
24	1,4
26	1,3
28	1,2
30	1,15
32	1,1
34	1,05
36	1
38	1
40	1

-4CZ 307716 B6

Jak vyplývá zvýše uvedené tabulky a z výkresu na obr. 1, nej optimálnější teplotou pro zpracování je teplotní rozsah od 25 do 40 °C.

Jednotka stupně degradace, použitá výše v tabulce a na výkresu, byla přijata smluvně, kde šestý stupeň stupnice představuje maximální zničení lakovaného nátěru (absolutní přerušení spojitosti laku, viditelné pouhým okem) a třetí jako změna viditelná výhradně při mikroskopovém zvětšení v horním pro lisu razníku, v místě největšího roztahování laku. Stupeň nula degradace, to je například rovný plech, nelisovaný. Degradaci chápeme jako poškození lakovaného nátěru vzniklé během profilování plechu, obvykle pozorované v místech lisování odskoku plechové střešní tašky.

Jak je vidět z uvedených výsledků pokusů, stupeň degradace (zničení laku) závisí na teplotě plechu během jeho profilování. V prolisech na lisu (vytvoření stupně plechové střešní tašky) provedených při teplotě pod 10 °C následuje téměř absolutní přerušení spojitosti laku, viditelné holým okem. Stupeň degradace má pak hodnotu 5. Avšak zvyšování teploty nad 40 °C nevede k významnému snížení degradace laku, pod hodnotu 1, proto není opodstatnění použití při profilování plechů teplot vyšších než 40 °C.

Nejvýhodnějším a nej efektivnějším způsobem lokálního ohřívání plechu, ekonomicky opodstatněným, je zónové ohřívání pomocí indukčního ohříváku. Za tímto účelem byly provedeny pokusy a zkoušky při profilování plechových střešních tašek s využitím zónového indukčního ohřívání v místě ražení razníku. Výsledky se ukázaly překvapující:

velmi nízké náklady na spotřebu elektrické energie,

- zkrácení doby ohřívání v poměru k ohřívání jinými metodami (doba ohřívání indukčního zóny lisování jednoho razníku je 1 sekunda),

- účinnost generátoru 95 %,

- univerzálnost použití pro každý profil plechové střešní tašky,

- nej důležitější: žádné jakékoliv mikropraskliny v místech prolisů na raznících plechových střešních tašek.

Indukční lokální ohřívání plechu umožňuje použít tvářecí induktor přizpůsobený linii ohýbání. Tímto způsobem lze dosáhnout ještě menšího povrchu ohřívání související s odběrem energie. Takto přesného a precizního rozkladu a velikosti teplot lze dosáhnout pouze při indukční metodě ohřívání.

Tyto efekty nepřináší ohřívání plechu pomocí tepelných zářičů nebo dmýchadel. Ohřívání pomocí infrazářičů má v případě zapínání a vypínání velkou tepelnou setrvačnost. Zařízení mají nízkou účinnost a v procesu takovéhoto ohřívání se vyskytují velké ztráty tepla. Ohřívány jsou nejen místa prolisu plechu (odskoku). Proces ohřívání pomocí infrazářičů je méně ekonomický. Zatímco ohřívání plechu pomocí plynových hořáků bezprostředně může hrozit poškozením lakovaného nátěru.

Výhody využití způsobu profilování plechů dle vynálezu jsou následující:

- snížení počtu úkonů souvisejících s profilováním plechu při vytváření prvků střešní krytiny v podobě plechové střešní tašky nebo trapézového plechu - lze vynechat ohřívání kotoučů plechu na výrobní hale,

- zkrácení doby související s přípravou kotouče plechu pro proces profilování plechu, na příklad ve výrobě plechových střešních tašek nebo trapézového plechu čili doby nutné pro samočinné ohřátí plechu na kotouči, po jeho převezení do výrobní haly, když je teplota v místě skladování plechu s ohledem na klima příliš nízká, aby bylo možné profilovat plech s takovou teplotou,

- dosažení správné teploty profilování plechu, zejména v místech ražení razníku, v nichž dochází k největší napínání ochranného povlaku, když se s ohledem na klima, a co se s tím váže, teplotu ve výrobní hale ave skladovacích místnostech nedá dosáhnout odpovídající vysoké teploty plechu pro výrobu,

-5 CZ 307716 B6

- dosažení lepší kvality lakovaného nátěru, například získáváme navíc vyhlazení defektů: rovněž otlaků vzniklých během skladování kotoučů plechu - otlaky z dřevěného podkladu, stojanů,

- zrychlení sezónování čili tvrdnutí laku (týká se to zejména matných nátěrů, včetně Ice Crystal),

- odstoupení od vytápění celé výrobní a skladovací haly na odpovídající (vysoké) teploty,

- možnost individuálního výběru teploty ohřívání pro určený typ plechu čili plechy od určitého výrobce (hutě). Plechy z různých hutí mají různé vlastnosti lakovaných nátěrů související s jejich plasticitou. Plech z jedné hutě vyžaduje ohřátí při lisování na teplotu 28 °C a jiný dokonce až 40 °C a více. Ohříváním plechu na odpovídající teplotu je možné znivelovat (dohnat) horší vlastnosti lakovaných povlaků a dosáhnout požadovaného efektu (žádné mikropraskliny),

- možnost použití tvářecího induktoru přizpůsobeného linii ohýbání, což umožňuje získat ještě menší povrchy ohřívání související s odběrem energie. Takto přesného a precizního rozkladu (tvar) a velikosti teplot lze dosáhnout pouze při indukční metodě ohřívání.

- Nej důležitější: vyprofilovaní plechu bez žádných vad, poškrábání a mikroprasklin, a tedy dosažení největší trvanlivosti plechové střešní krytiny či trapézového plechu, což umožňuje prodloužení záruky bez dalších omezení,

Popsaný způsob profilování plechů je pouze příkladem způsobu a lze si snadno představit jiné způsoby realizace vynálezu bez opuštění jeho podstaty.

Průmyslová využitelnost

Tento způsob nachází využití zejména při vytváření z plechu prvků střešní krytiny, na příklad prvků v podobě plechových střešních tašek nebo vytváření trapézového plechu.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims

1. Způsob profilování plechů, ve kterém se plech pokrytý alespoň jednou ochrannou vrstvou protahuje soustavou profilujících a tvářecích zařízení, vyznačující se tím, že plech se ohřívá indukčně na teplotu 25 až 40 °C v místech provádění prolisů.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se profiluje plech pokrytý galvanickou vrstvou.

3. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se profiluje plech pokrytý lakovanou vrstvou.

4. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se profiluje plech pokrytý několika ochrannými vrstvami.