WO2017055260A1

WO2017055260A1 - Schneckenmaschine und darauf bezogenes verfahren zur aufbereitung von kunststoffmaterial

Info

Publication number: WO2017055260A1
Application number: PCT/EP2016/072945
Authority: WO
Inventors: Sören WELB; Ulrich Conrad; Peter MUNKES
Original assignee: Coperion Gmbh
Priority date: 2015-10-01
Filing date: 2016-09-27
Publication date: 2017-04-06
Also published as: JP2018531813A; CN108136646B; CN108136646A; US10882015B2; US20180272297A1; DE102015219033A1

Abstract

Schneckenmaschine (1) aufweisend eine induktive Heizvorrichtung (39), die zum Erwärmen von Kunststoffmaterial (2) in einer Heizzone (25) dient. In der Heizzone ist mindestens ein Gehäuseabschnitt (6) zumindest teilweise aus einem elektromagnetisch transparenten Material ausgebildet, das nicht-magnetisch und elektrisch nicht-leitfähig ist, wohingegen mindestens eine Behandlungselementwelle (14) zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet ist. Bei der Aufbereitung des Kunststoffmaterials erzeugt die induktive Heizvorrichtung ein magnetisches Wechselfeld, das in der mindestens einen Behandlungselementwelle Wirbelstromverluste erzeugt, die zu einer Erwärmung der mindestens einen Behandlungselementwelle führen. Das Kunststoffmaterial wird an der mindestens einen erwärmten Behandlungselementwelle erwärmt, insbesondere bis zu dessen Aufschmelzen. Die Schneckenmaschine ermöglicht ein einfaches und effizientes Aufschmelzen des Kunststoffmaterials, wodurch ein mechanischer Energieeintrag und ein damit verbundener Verschleiß der Schneckenmaschine erheblich reduziert werden kann.

Description

SCHNECKENMASCHINE UND DARAUF BEZOGENES VERFAHREN ZUR AUFBEREITUNG VON KUNSTSTOFFMATERIAL

Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Pa- tentanmeldung DE 10 2015 219 033.1 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.

Die Erfindung betrifft eine Schneckenmaschine und ein Verfahren zur Aufbereitung von aufzubereitendem Material.

Bekannte Schneckenmaschinen weisen zur Aufbereitung von Kunststoffmaterial eine Einzugszone und eine nachgeordnete Aufschmelz- bzw. Plastifizierzone auf. In der Einzugszone wird das Kunststoffmaterial, wie beispielsweise Polymerpulver oder -granulat, der Schneckenmaschine zuge- führt und in Richtung der Plastifizierzone transportiert, wo mittels Knetelementen das Kunststoffmaterial durch mechanischen Energieeintrag aufgeschmolzen wird. Bei diesem Aufschmelzen werden üblicherweise über 60 % des gesamten mechanischen Energieeintrages über den ersten Knetblock eingebracht. Dies hat zur Folge, dass in der Plastifizierzone der Schneckenmaschine sehr hohe mechanische Kräfte wirken, wodurch es zu Schwingungen der Behandlungselementwellen und zu einem mechanischen Verschleiß bei den Behandlungselementen und dem Gehäuse kommt. Um den erforderlichen mechanischen Energieeintrag zu vermindern, werden Heizvorrichtungen eingesetzt. Aus der DE 44 04 031 Cl ist eine Schneckenmaschine bekannt, die elektrisch beheizbare Gehäuseabschnitte aufweist. Die Gehäuseabschnitte weisen einen wärmeleitfähigen Guss- Einsatz auf, der mit mehreren elektrischen Widerstandsheizelementen aus- gerüstet ist. Die Widerstandsheizelemente sind in verschiedenen Ebenen in den wärmeleitfähigen Guss-Einsatz eingegossen.

Aus der DE 35 23 929 AI (entspricht GB 2 163 630 A) ist bekannt, die Gehäuseabschnitte eines Extruders mittels einer induktiven Heizvorrichtung zu beheizen. Hierzu sind Spulen mittels eines jeweiligen Eisenkerns an Außenseiten des beheizbaren Gehäuseabschnitts angeordnet. Das zu erwärmende Kunststoffmaterial wird durch den Gehäuseabschnitt gefördert und erwärmt sich an diesem.

Die DE 1 105 143 A offenbart eine Schneckenpresse, bei der innerhalb eines Zylinders zwei gegenläufige Schnecken angeordnet sind. Der Zylinder ist von einer hitzebeständigen Spule umgeben, die zur induktiven Beheizung der Schneckenpresse dient. Der Zylinder ist aus einem unmagneti- sehen Metall, wie beispielsweise unmagnetischem Eisen hergestellt, wohingegen die Schnecke aus einem magnetischen Material besteht. Hierdurch lassen sich die Schnecken direkt induktiv beheizen.

Aus der WO 2005/053 826 A2 ist eine Vorrichtung zum Aufschmelzen von Kunststoffen bekannt, die zur Reduzierung von aneinander reibenden Teilen und einer entsprechenden Abnützung schneckenlos ausgebildet ist. Die Vorrichtung umfasst einen statischen Mischer, der zum Aufschmelzen des Kunststoffs ohmsch oder induktiv beheizt wird. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schneckenmaschine zu schaffen, die auf einfache und effiziente Weise eine Erwärmung bzw. Aufheizung von aufzubereitendem Material ermöglicht. Die Schneckenmaschine soll insbesondere eine Erwärmung bzw. Aufheizung des Materials bis zu dessen Aufschmelzung ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch eine Schneckenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das aufzubereitende Material kann wesentlich einfacher und effektiver erwärmt werden, wenn die induktive Heizvorrichtung mit der mindestens einen Behandlungselementwelle in der Heizzone zusammenwirkt und nicht mit dem mindestens einen Gehäuseabschnitt bzw. mit den Gehäuseabschnitten, da die mindestens eine Behandlungselementwelle in intensivem Kontakt mit dem aufzubereitenden Material steht und großflächig von dem aufzubereitenden Material umgeben ist. Um einen effizienten Energieeintrag in das aufzubereitende Material zu gewährleisten, ist der mindestens eine Gehäuseabschnitt in der Heizzone zumindest teilweise aus einem elektromagnetisch transparenten Material ausgebildet, das nicht-magnetisch und elektrisch nicht-leitfähig ist. Zur besseren Unterscheidung ist der mindestens eine Gehäuseabschnitt in der Heizzone nach- folgend auch als Heizzonen-Gehäuseabschnitt bezeichnet. Das elektromagnetisch transparente Material wirkt nicht mit der induktiven Heizvorrichtung zusammen. Insbesondere ist das elektromagnetisch transparente Material nicht- ferromagnetisch. Vorzugsweise sind mehrere Heizzonen- Gehäuseabschnitte, insbesondere alle Heizzonen-Gehäuseabschnitte in der Heizzone zumindest teilweise aus dem elektromagnetisch transparenten Material ausgebildet. Demgegenüber ist die mindestens eine Behandlungselementwelle in der Heizzone zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet, so dass durch die induktive Heizvorrichtung in die mindestens eine Behandlungselementwelle Wirbelströme indu- ziert werden, die wiederum ohmsche Wirbelstromverluste verursachen und die mindestens eine Behandlungselementwelle erwärmen. Über die mindestens eine erwärmte Behandlungselementwelle wird die von der induktiven Heizvorrichtung bereitgestellte Energie einfach und effizient bzw. möglichst verlustfrei in das aufzubereitende Material eingebracht. Das elektrisch leitfähige Material ist insbesondere eisenhaltig und ferromagne- tisch. Hierdurch lässt sich die mindestens eine Behandlungselementwelle durch ohmsche Wirbelstromverluste und Ummagnetisierungsverluste effizient erwärmen. Das aufzubereitende Material ist insbesondere ein Kunst- Stoffmaterial oder ein metallisches Material, beispielsweise ein metallisches Schüttgut.

Das elektromagnetisch transparente Material des mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitts ist beispielsweise ein nicht-metallisches Material, wie beispielsweise ein keramisches und/oder faserverstärktes Material. Demgegenüber ist das elektrisch leitfähige Material der mindestens einen Behandlungselementwelle insbesondere ein metallisches Material, wie beispielsweise Stahl. Durch die induktive Heizvorrichtung wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Das magnetische Wechselfeld wirkt mit der mindestens einen Behandlungselementwelle zusammen, jedoch nicht mit dem mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitt. Durch das magnetische Wechselfeld werden in der mindestens einen Behandlungselementwelle Wirbelströme induziert, die Wirbelstromverluste verursachen und insbesondere zusammen mit

Ummagnetisierungsverlusten die mindestens eine Behandlungselementwelle erwärmen. Demgegenüber wirkt der mindestens eine Heizzonen- Gehäuseabschnitt nicht mit der induktiven Heizvorrichtung zusammen, so dass das magnetische Wechselfeld im Wesentlichen keine Temperaturer- höhung des mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitts verursacht. Dadurch, dass mittels der induktiven Heizvorrichtung die bereitgestellte Energie über die mindestens eine Behandlungselementwelle in das aufzubereitende Material eingebracht wird, ist eine einfache und äußerst effiziente Erwärmung des aufzubereitenden Materials möglich. Da die mindes- tens eine Behandlungselementwelle in intensivem Kontakt mit dem aufzubereitenden Material steht und inmitten des aufzubereitenden Materials angeordnet ist bzw. das aufzubereitende Material die mindestens eine Behandlungselementwelle im Wesentlichen voll umfänglich umgibt, ist der Energieeintrag vergleichsweise verlustfrei, so dass das aufzubereitende Material mittels der induktiven Heizvorrichtung bis zum zumindest teilweisen Aufschmelzen erwärmt werden kann. Hierdurch können die in der Schneckenmaschine wirkenden mechanischen Kräfte und der damit verbundene Verschleiß deutlich reduziert werden.

Die induktive Heizvorrichtung ist zur Erzeugung des magnetischen Wechselfelds insbesondere mit einer Frequenz f betreibbar, wobei für die Frequenz f gilt: 1 kHz < f < 50 kHz, insbesondere 5 kHz < f < 45 kHz, und insbesondere 10 kHz < f < 40 kHz. Wird die induktive Heizvorrichtung mit einer Frequenz f in diesem ersten Frequenzbereich betrieben, so wird in effizienter Weise ein hoher Energieeintrag in die mindestens eine Behandlungselementwelle erzielt. Dadurch, dass der mindestens eine Heizzonen- Gehäuseabschnitt in der Heizzone aus einem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material ausgebildet ist, wird ein Energieein- trag in den mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitt in diesem Frequenzbereich wirkungsvoll vermieden, sodass der effiziente Energieeintrag in die mindestens eine Behandlungselementwelle ermöglicht wird. Zusätzlich oder alternativ kann die induktive Heizvorrichtung mit einer Frequenz f in einem zweiten Frequenzbereich betrieben werden, wobei für die Fre- quenz f gilt: 140 kHz < f < 360 kHz, insbesondere 150 kHz < f < 350 kHz, und insbesondere 160 kHz < f < 340 kHz. Durch den Betrieb der induktiven Heizvorrichtung in den zwei Frequenzbereichen wird eine Anregung bzw. Erwärmung der mindestens einen Behandlungselementwelle in unterschiedlichen Eindringtiefen erzielt. Der Betrieb der induktiven Heizvor- richtung in dem ersten Frequenzbereich und dem zweiten Frequenzbereich erfolgt vorzugsweise abwechselnd. Hierdurch wird in effizienter Weise ein hoher Energieeintrag gewährleistet. Vorzugsweise ist die Schneckenmaschine als Mehrwellen-Schneckenmaschine, insbesondere als Zweiwellen-Schneckenmaschine ausgebildet. Die Mehrwellen-Schneckenmaschine weist mehrere in dem Gehäuse ausgebildete Gehäusebohrungen und zugehörige Behandlungselementwellen auf, die in der zugehörigen Gehäusebohrung angeordnet und um eine zugehöri- ge Drehachse drehantreibbar sind. Die Behandlungselementwellen sind insbesondere gleichsinnig drehantreibbar. Die auf den Wellen angeordneten Behandlungselemente sind vorzugsweise paarweise dicht kämmend ausgebildet. Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 2 gewährleistet eine effiziente Einbringung von Energie in die mindestens eine Behandlungselementwelle. Die mindestens eine Spule ist mit ihrer Spulenachse bzw. Mittellängsachse im Wesentlichen in Richtung der Drehachse bzw. Drehachsen der mindestens einen Behandlungselementwelle ausgerichtet. Vorzugsweise verläuft eine Mittellängsachse der mindestens einen Spule parallel zu der Drehachse der mindestens einen Behandlungselementwelle. Die mindestens eine Behandlungselementwelle ist in einem Innenraum der mindestens einen Spule angeordnet. Die mindestens eine Spule ist somit nach Art einer Helmholtz- Spule angeordnet, wobei die mindestens eine Behandlungsele- mentwelle einen Kern bildet. Die Feldlinien des magnetischen Wechselfeldes konzentrieren sich somit im Innenraum und in der mindestens einen Behandlungselementwelle, sodass auf einfache Weise ein hoher Energieeintrag in die mindestens eine Behandlungselementwelle möglich ist. Die Länge der Heizzone in der Förderrichtung ist durch die Länge der mindes- tens einen Spule und/oder die Anzahl der Spulen einstellbar. Die Länge der mindestens einen Spule ist insbesondere über die Anzahl deren Windungen bzw. Wicklungen einstellbar. Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 3 gewährleistet in einfacher Weise eine hohe und effiziente Einbringung von Energie in die mindestens eine Behandlungselementwelle. Dadurch, dass der mindestens eine Heizzonen- Gehäuseabschnitt in dem Innenraum der mindestens einen Spule ausschließlich aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material ausgebildet ist, wird die aufgebrachte Energie der induktiven

Heizvorrichtung möglichst verlustfrei in die mindestens eine Behandlungselementwelle eingebracht.

Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 4 gewährleistet in einfacher Wei- se eine hohe und effiziente Einbringung von Energie in die mindestens eine Behandlungselementwelle. Magnetisches und/oder elektrisch leitfähiges Material der Schneckenmaschine, das sich zwischen der mindestens einen Spule und der mindestens einen Behandlungselementwelle befinden würde, würde elektromagnetische Energie von der induktiven Heizvorrichtung absorbieren, sodass in die mindestens eine Behandlungselementwelle

Energie von der induktiven Heizvorrichtung nur mit erheblichen Verlusten eingebracht werden könnte. Dies wird durch die erfindungsgemäße Schneckenmaschine wirkungsvoll vermieden. Vorzugsweise ist das in dem Innenraum angeordnete Material des mindestens einen Heizzonen- Gehäuseabschnitts ein keramisches und/oder faserverstärktes Material, wie beispielsweise ein oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff. Oxidkeramische Faserverbundwerkstoffe verbinden positive Eigenschaften von Metallen und Keramiken, wie beispielsweise elektromagnetische Transparenz, elektrische und thermische Isolationsfähigkeit, duktiles und nicht sprödes Bruchverhalten, hohe Zug- und Biegesteifigkeit, Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturstabilität bis über 1300°C und Ther- mowechselbeständigkeit. Da das magnetische Wechselfeld der mindestens einen Spule außerhalb des Innenraums nur zu einem geringen Energieein- trag in elektrisch leitfähige und/oder magnetische Bauteile führt, kann der mindestens eine Heizzonen-Gehäuseabschnitt außerhalb des Innenraums aus einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material hergestellt sein. Alternativ kann der mindestens eine Heizzonen-Gehäuseabschnitt auch außerhalb des Innenraums aus einem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material hergestellt sein.

Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 5 gewährleistet in einfacher Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag in die mindestens eine Behandlungselementwelle. Dadurch, dass die Innenhülse ausschließlich aus dem elektromagnetisch transparenten Material hergestellt ist, erwärmt sich diese durch das magnetische Wechselfeld nicht. Hierdurch wird die von der induktiven Heizvorrichtung bereitgestellte Energie im Wesentlichen verlustfrei in die mindestens eine Behandlungselementwelle eingebracht und dort in Wärme umgewandelt. Vorzugsweise ist das Material der Innenhülse ein keramisches und/oder faserverstärktes Material, wie beispielsweise ein oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff. Oxidkeramische Faserverbundwerkstoffe verbinden positive Eigenschaften von Metallen und Keramiken, wie beispielsweise elektromagnetische Transparenz, elektrische und thermische Isolationsfähigkeit, duktiles und nicht-sprödes Bruchverhalten, ho- he Zug- und Biegefestigkeit, Oxidations- und Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturstabilität bis über 1300° C und Thermowechselbeständig- keit. Da das magnetische Wechselfeld der mindestens einen Spule außerhalb der mindestens einen Spule nur zu einem geringen Energieeintrag in elektrisch leitfähige und/oder magnetische Bauteile führt, kann mindestens ein Außenteil des mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitts aus einem elektrisch leitfähigen und/oder magnetischen Material hergestellt sein. Alternativ kann auch das Außenteil aus einem elektromagnetisch transparenten Material hergestellt sein. Insbesondere kann auch das mindestens eine Außenteil aus einem keramischen und/oder faserverstärkten Material bestehen. Die Innenhülse begrenzt insbesondere einen Aufnahmeraum zumindest zu der mindestens einen Gehäusebohrung hin. Durch die Anordnung der mindestens einen Spule in dem Aufnahmeraum ist diese geschützt in dem mindestens einen Gehäuseabschnitt und nahe der mindestens einen Behandlungselementwelle angeordnet.

Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 6 gewährleistet in einfacher Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag in die mindestens eine Behandlungselementwelle. Die innerhalb des Innenraums angeordnete Innen- hülse ist an dem mindestens einen Außenteil abgestützt, sodass die mechanische Stabilität der Innenhülse gewährleistet ist. Die Innenhülse ist vorzugsweise an beiden Enden an dem mindestens einen Außenteil abgestützt. Zur Erhöhung der mechanischen Stabilität kann die Innenhülse zusätzlich zwischen den Enden an dem mindestens einen Außenteil abgestützt sein. Das mindestens eine Außenteil ist beispielsweise als Außenmantel ausgebildet.

Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 7 gewährleistet in einfacher und zuverlässiger Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag in die mindestens eine Behandlungselementwelle. Dadurch, dass die Innenhülse an dem mindestens einen Außenteil entlang der mindestens einen Drehachse an den Stützstellen abgestützt ist, weist die Innenhülse eine hohe mechanische Stabilität auf. Die Innenhülse kann somit bei der Aufbereitung auftretende Kräfte, insbesondere in radialer Richtung, an das mindestens eine Außenteil ableiten. Hierdurch wird ein Bruch der Innenhülse wirkungsvoll vermieden. Die Innenhülse ist vorzugsweise aus einem keramischen und/oder faserverstärkten Material ausgebildet. Das mindestens eine Außenteil ist vorzugsweise aus einem metallischen Material ausgebildet, sodass das mindestens eine Außenteil eine ausreichende Stabilität zur Aufnahme von Kräften aufweist. Vorzugsweise befinden sich zwei Stützstellen im Bereich der entlang der mindestens einen Drehachse liegenden Enden der Innenhülse.

Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 8 gewährleistet in einfacher und zuverlässiger Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag in die mindestens eine Behandlungselementwelle. Dadurch, dass die Außenseite negativ zu der mindestens einen Spule geformt ist, ist die mindestens eine Spule einerseits nahe an der mindestens einen Behandlungselementwelle angeordnet, sodass ein hoher und effizienter Energieeintrag gewährleistet ist. Andererseits bildet die Innenhülse spiralförmig an der Außenseite angeordnete Stützstellen bzw. einen spiralförmig ausgebildeten Stützbereich bzw. Stützsteg aus, sodass sich die Innenhülse großflächig gegen das mindestens eine Außenteil abstützt und wirkende Kräfte einfach und zuverlässig an das mindestens eine Außenteil abgeleitet werden können.

Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 9 gewährleistet in einfacher und zuverlässiger Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag in die mindestens eine Behandlungselementwelle. Der Energieeintrag in die min- destens eine Behandlungselementwelle ist umso größer und effizienter je geringer die Dicke D der Innenhülse ist, da hierdurch der Leiter der mindestens einen Spule nahe an der mindestens einen Behandlungselementwelle angeordnet werden kann. Demgegenüber ist die mechanische Stabilität der Innenhülse umso größer, je größer die Dicke D ist. Zwischen den Windungen des Leiters, also außerhalb des Bereichs des Leiters, kann die Dicke D derart sein, dass sich die Innenhülse gegen mindestens ein Außenteil abstützt. Die Dicke D kann zwischen den Windungen des Leiters also eine Obergrenze für die Dicke D im Bereich des Leiters überschreiten.

Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 10 gewährleistet in einfacher und zuverlässiger Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag in die mindestens eine Behandlungselementwelle. Dadurch, dass der Leiter eine nicht-runde Querschnittsform hat, ist die Querschnittsform im Wesentli- chen flach, sodass der Leiter bzw. die mindestens eine Spule nahe an der mindestens einen Behandlungselementwelle angeordnet werden kann, wodurch ein hoher und effizienter Energieeintrag gewährleistet ist. Beispielsweise weist der Leiter eine rechteckige Querschnittsform auf, die gegebenenfalls an den Ecken abgerundet ist. Dadurch, dass der Leiter im Querschnitt zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildet ist, kann dieser großflächig an der Innenhülse anliegen und somit nahe zu der mindestens einen Behandlungselementwelle angeordnet werden. Die in der Abmessung größere Seite der Querschnittsform ist der Innenhülse zugewandt. Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 1 1 gewährleistet eine einfache und effiziente Erwärmung des aufzubereitenden Materials. Dadurch, dass das mindestens eine Behandlungselement eine Isolations-Schicht aufweist, wird verhindert, dass das mindestens eine erwärmte Behandlungselement seine Wärme in Richtung der Welle verliert und diese Verlustwärme somit nicht zur Erwärmung des aufzubereitenden Materials zur Verfügung steht. Die Isolations-Schicht ist beispielsweise aus einem keramischen Material. Das elektrisch leitfähige Material bildet zumindest die Heiz-Schicht des mindestens einen Behandlungselements, die eine mit dem aufzubereitenden Material in Kontakt stehende Oberfläche bildet. Vorzugsweise sind mehre- re Behandlungselemente, insbesondere alle Behandlungselemente in der Heizzone aus dem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Das mindestens eine Behandlungselement ist als Schneckenelement und/oder Knetelement ausgebildet. Das Knetelement kann eine einzelne Knetscheibe oder ein einteiliger Knetblock aus mehreren miteinander verbundenen Knetscheiben sein.

Das mindestens eine Behandlungselement ist beispielsweise aus einem Verbundmaterial hergestellt. Durch das Verbundmaterial weist das mindes- tens eine Behandlungselement verschiedene Eigenschaften auf. Das metallische Material der äußeren Heiz-Schicht gewährleistet eine Erwärmung der Heiz-Schicht aufgrund des magnetischen Wechselfeldes, so dass über die Heiz-Schicht unmittelbar das aufzubereitende Material erwärmt werden kann. Die zwischen der äußeren Heiz-Schicht und einer inneren Drehmo- mentübertragungs-Schicht liegende Isolations-Schicht minimiert die Verlustwärme, da die Wärme der Heiz-Schicht nicht in Richtung der inneren Drehmomentübertragungs-Schicht und der Welle, auf der das mindestens eine Behandlungselement angeordnet ist, verloren geht. Die innere Drehmomentübertragungs-Schicht weist eine hohe mechanische Belastbarkeit auf, so dass ein Drehmoment der Welle sicher auf das mindestens eine Behandlungselement übertragbar ist. Insbesondere wird die innere Drehmomentübertragungs-Schicht aufgrund der Isolations-Schicht nicht infolge von Verlustwärme geschwächt. Das Material der Isolations-Schicht ist insbesondere ein keramisches Material. Das mindestens eine Behandlungs- element kann beispielsweise aus Keramik- und Metallpulver hergestellt werden, die in einer entsprechenden Form bei ca. 1400° C gesintert und zu einem Verbundmaterial bzw. Verbundkörper verbacken werden. Die Herstellung von Metall-Keramik- Verbundkörpern ist bekannt. Im Querschnitt betrachtet, also senkrecht zu der jeweiligen Drehachse, sind die Schichten geschlossen, insbesondere ringförmig ausgebildet und umgeben die Drehachse der mindestens einen Behandlungselementwelle. Hierdurch isoliert die Isolations-Schicht die Heiz-Schicht vollumfänglich von der Welle. Darüber hinaus weist die Heiz-Schicht eine maximale Oberflächengröße auf, so dass ein guter Wärmeübergang von der Heiz-Schicht auf das aufzubereitende Material gewährleistet ist.

Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 12 gewährleistet einen hohen Energieeintrag. Die mindestens eine Spule wird durch ohmsche Verluste erwärmt. Durch die Kühleinrichtung wird die in der mindestens einen Spule erzeugte Verlustwärme abgeführt. Die mindestens eine Spule kann somit mit einer hohen Leistung betrieben werden. Vorzugsweise bildet die mindestens eine Spule selbst einen Kühlkanal aus, durch den ein Kühlmittel strömen kann. Das Kühlmittel ist insbesondere Wasser. Weiterhin kann beispielsweise der Aufnahmeraum vollständig von dem Heizzonen- Gehäuseabschnitt begrenzt sein, so dass der Aufnahmeraum als Kühlkanal dienen kann. Zur Vermeidung von ohmschen Verlusten ist die Spule insbesondere aus Aluminium oder Kupfer hergestellt. Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 13 gewährleistet in einfacher Weise die Bereitstellung eines magnetischen Wechselfeldes durch die induktive Heizvorrichtung. Die Energieversorgungseinrichtung weist insbesondere einen Frequenzumrichter auf, mit dem eine Frequenz f und/oder eine Amplitude einer Wechselspannung und/oder eines Wechselstroms einstellbar ist. Durch die Frequenz f ist beispielsweise die Eindringtiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes in die mindestens eine Behandlungselementwelle einstellbar. Vorzugsweise dringt das elektromagnetische Wechselfeld im Wesentlichen ausschließlich bzw. überwiegend in die Heiz-Schicht ein. Die induktive Heizvorrichtung bzw. die Energieversor- gungseinrichtung wird insbesondere mit einer Frequenz f betrieben, wobei für die Frequenz f gilt:

1 kHz < f < 50 kHz, insbesondere 5 kHz < f < 45 kHz, und insbesondere 10 kHz < f < 40 kHz und/oder

140 kHz < f < 360 kHz, insbesondere 150 kHz < f < 350 kHz, und insbe- sondere 160 kHz < f < 340 kHz.

Eine Schneckenmaschine nach Anspruch 14 gewährleistet auf einfache Weise eine kontrollierte Erwärmung des aufzubereitenden Materials.

Durch die mittels des Temperatur-Messsensors gemessene Temperatur des aufzubereitenden Materials kann die Leistung der induktiven Heizvorrichtung in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur eingestellt werden. Die Steuervorrichtung vergleicht beispielsweise die gemessene Temperatur mit einer gewünschten Soll-Temperatur, die zum Aufschmelzen des aufzubereitenden Materials erforderlich ist, und verändert bei Bedarf die Leistung der induktiven Heizvorrichtung. Die Steuervorrichtung stellt insbesondere eine Frequenz f und/oder eine Amplitude einer Wechselspannung und/oder eines Wechselstroms ein, mit der die induktive Heizvorrichtung betrieben wird. Beispielsweise weist die induktive Heizvorrichtung eine Energieversorgungseinrichtung mit einem Frequenzumrichter auf.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das auf einfache und effiziente Weise eine Erwärmung bzw. Aufheizung von aufzubereitendem Material ermöglicht. Das Verfahren soll insbe- sondere eine Erwärmung bzw. Aufheizung des aufzubereitenden Materials bis zu dessen Aufschmelzung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des An- spruchs 15 gelöst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Schneckenmaschine. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Verfahren auch mit den Merkmalen der Ansprüche 1 bis 14 weitergebildet werden. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnitten dargestellte Mehrwellen-Schnecken- maschine zur Aufbereitung von aufzubereitendem Material gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung der Mehrwellen-Schneckenmaschine in Fig. 1 im Bereich einer induktiven Heizvorrich- tung,

Fig. 3 eine ausschnittsweise geschnittene Draufsicht auf die Mehrwellen-Schneckenmaschine in Fig. 1, Fig. 4 einen Querschnitt durch die Mehrwellen-Schneckenmaschine entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 1 , Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung einer Mehrwellen- Schneckenmaschine gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel im Bereich einer induktiven Heizvorrichtung, und Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung einer Mehrwellen- Schneckenmaschine gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel im Bereich einer induktiven Heizvorrichtung.

Nachfolgend ist anhand der Fig. 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Mehrwellen-Schneckenmaschine 1 dient zur Aufbereitung eines aufzubereitenden Materials 2. Das aufzubereitende Material 2 ist beispielsweise ein Kunststoffmaterial.

Die Schneckenmaschine 1 weist ein Gehäuse 3 aus mehreren in einer För- derrichtung 4 des Kunststoffmaterials 2 nacheinander angeordneten und als Gehäuseschüsse bezeichneten Gehäuseabschnitten 5 bis 9 auf. Die Gehäuseabschnitte 5 bis 9 sind über endseitig angeordnete Flansche 10 miteinander verbunden und bilden so das Gehäuse 3 aus. In dem Gehäuse 3 sind zwei zueinander parallele und einander durchdringende Gehäusebohrungen 1 1, 12 ausgebildet, die im Querschnitt die Form einer liegenden Acht haben. In den Gehäusebohrungen 1 1, 12 sind konzentrisch zwei Behandlungselementwellen 13, 14 angeordnet, die von einem Antriebsmotor 15 um zugehörige Drehachsen 16, 17 drehantreibbar sind. Die Behandlungselementwellen 13, 14 werden gleichsinnig, also in gleichen Drehrichtungen 18, 19 um die Drehachsen 16, 17 angetrieben. Zwischen dem Antriebsmotor 15 und den Behandlungselementwellen 13, 14 ist eine Kupplung 20 und ein Verzweigungsgetriebe 21 angeordnet. In dem dem Verzweigungsgetriebe 21 benachbarten ersten Gehäuseabschnitt 5 ist eine Zuführöffnung 22 ausgebildet, durch die das aufzubereitende Kunststoffmaterial 2 in die Gehäusebohrungen 1 1, 12 einführbar ist. Zur Zuführung des Kunststoffmaterials 2 durch die Zuführöffnung 22 ist eine Materialzuführung 23 in Form eines Trichters auf dem ersten Gehäuseabschnitt 5 angeordnet.

Die Schneckenmaschine 1 weist in der Förderrichtung 4 nacheinander eine Einzugszone 24, eine Heizzone 25, eine Homogenisierungszone 26 und eine Druckaufbauzone 27 auf. Das Gehäuse 3 ist an dem letzten Gehäuseabschnitt 9 durch eine Düsenplatte 28 abgeschlossen, die eine Austragsöff- nung 29 aufweist.

Die Behandlungselementwellen 13, 14 sind durch Wellen 30, 31 und da- rauf angeordneten Behandlungselementen 32 bis 37 bzw. 32' bis 37' gebildet. Die auf der ersten Welle 30 angeordneten Behandlungselemente 32 bis 37 und die auf der zweiten Welle 31 angeordneten Behandlungselemente 32' bis 37' entsprechen einander, wobei die Bezugszeichen der auf der zweiten Welle 31 angeordneten Behandlungselemente 32' bis 37' zur Un- terscheidung ein ' aufweisen.

Die Behandlungselemente 32 bis 37 und 32' bis 37' sind paarweise dichtkämmend ausgebildet, greifen also ineinander. Die Behandlungselemente sind in der Einzugszone 24 und in der Heizzone 25 als Schneckenelemente 32, 32' und 33, 33' ausgebildet. In der nachgeordneten Homogenisierungszone 26 sind die Behandlungselemente als Schneckenelemente 34, 34' und Knetelemente 35, 36 und 35', 36' ausgebildet. Jedes der Knetelemente 35, 36 und 35', 36' ist als Knetblock, also einstückig ausgebildet. Die Knetelemente 35, 36 und 35', 36' weisen jeweils mehrere Knetscheiben 38, 38' auf, die winkelversetzt zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind. In der Druckaufbauzone 27 sind die Behandlungselemente wiederum als Schneckenelemente 37, 37' ausgebildet. Die Behandlungselemente 32 bis 37 und 32' bis 37' sind drehfest auf den zugehörigen Wellen 30, 31 angeordnet. Hierzu weisen die Wellen 30, 31 ein Außenprofil A auf, das in ein entsprechendes Innenprofil I der Behandlungselemente 32 bis 37 und 32' bis 37' eingreift. Zum Erwärmen des Kunststoffmaterials 2 in der Heizzone 25 weist die Schneckenmaschine 1 eine induktive Heizvorrichtung 39 auf. Die induktive Heizvorrichtung 39 umfasst eine Spule 40, eine zugehörige Energieversorgungseinrichtung 41 und eine Kühleinrichtung 42. Die Spule 40 ist in einem Aufnahmeraum 43 angeordnet, der in dem Gehäuseabschnitt 6 ausgebildet ist. Der in der Heizzone 25 befindliche Gehäuseabschnitt 6 ist nachfolgend auch als Heizzonen-Gehäuseabschnitt bezeichnet. Der Gehäuseabschnitt 6 weist ein Außenteil 44 auf, in dem eine Innenhülse 45 angeordnet ist. Das Außenteil 44 ist als Außenmantel ausge- bildet. Der Außenmantel 44 und die Innenhülse 45 begrenzen den Aufnahmeraum 43. An dem Außenmantel 44 sind endseitig des Gehäuseabschnitts 6 die Flansche 10 ausgebildet. Demgegenüber sind in einem in der Förderrichtung 4 verlaufenden ersten Innenhülsenabschnitt 46 die Gehäusebohrungen 1 1, 12 ausgebildet. An dem ersten Innenhülsenabschnitt 46 sind endseitig zweite Innenhülsenabschmtte 47, 48 ausgebildet, die quer zu den Drehachsen 16, 17 verlaufen und den Aufnahmeraum 43 endseitig verschließen. Vorzugsweise ist die Innenhülse 45 mittels der zweiten Innenhülsenabschmtte 47, 48 in dem Außenmantel 44 befestigt, beispielsweise durch eine Presspassung. Die Spule 40 weist eine Mittellängsachse 49 auf und begrenzt einen Innenraum 50. Die Mittellängsachse 49 verläuft im Wesentlichen parallel zu den Drehachsen 16, 17, so dass die Behandlungselementwellen 13, 14 durch den Innenraum 50 der Spule 40 verlaufen. Die Spule 40 umgibt somit die Behandlungselementwellen 13, 14 in der Heizzone 25.

Die Spule 40 umfasst in üblicher Weise einen Leiter 51 , der zu der Spule 40 gewickelt ist und mehrere Wicklungen bzw. Windungen aufweist. Der Leiter 51 weist ein elektrisch gut leitfähiges Material auf, wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer. In dem Leiter 51 ist ein Kühlmittelkanal 52 ausgebildet, der Teil der Kühleinrichtung 42 ist. Der Leiter 51 wird endsei- tig der Spule 40 durch Durchgangsöffnungen 53, 54, die in dem Außenmantel 44 ausgebildet sind, aus dem Aufnahmeraum 43 geführt. Der Kühl- kanal 52 ist außerhalb des Gehäuseabschnitts 6 mit einer Kühlmittelpumpe 56 verbunden, mittels der ein Kühlmittel durch den Kühlkanal 52 förderbar ist. Die Kühlmittelpumpe 56 ist Teil der Kühleinrichtung 42. Als Kühlmittel wird vorzugsweise Wasser eingesetzt. Die Spule 40 ist an die Energieversorgungseinrichtung 41 angeschlossen, die die Spule 40 mit einer Wechselspannung Us und/oder einem Wechselstrom Is mit einer einstellbaren Frequenz f und/oder einer einstellbaren Amplitude A versorgt. Die Energieversorgungseinrichtung 41 ist insbesondere ein Frequenzumrichter. Die Energieversorgungseinrichtung 41 ist mit Anschlussklemmen 55 an ein Energieversorgungsnetz angeschlossen, das eine Netzspannung UN bereitstellt.

Das Erwärmen des Kunststoffmaterials 2 erfolgt über die Behandlungselemente 33 und 33'. Zur einfachen und effizienten Erwärmung sind die Be- handlungselemente 33, 33 ' dreischichtig ausgebildet. Eine innere Dreh- momentübertragungs- Schicht 57 ist von einer Isolations-Schicht 58 umgeben, die wiederum von einer äußeren Heiz-Schicht 59 umgeben ist. Die Isolations-Schicht 58 des jeweiligen Behandlungselements 33, 33 ' isoliert die zugehörige Heiz-Schicht 59 thermisch von der zugehörigen Drehmo- mentübertragungs-Schicht 57 und der zugehörigen Welle 30 bzw. 31. Hierzu ist die jeweilige Isolations-Schicht 58 über den gesamten Umfang und die gesamte Länge der Drehmomentübertragungs-Schicht 57 ausgebildet. Die jeweilige Isolations-Schicht 58 umgibt somit die zugehörige Drehachse 16 bzw. 17. Die jeweilige Heiz-Schicht 59 bildet eine Oberfläche des Behandlungselements 33 bzw. 33 ' aus.

Zur Ausbildung der Schichten 57 bis 59 sind die Behandlungselemente 33, 33 ' aus einem Metall-Keramik- Verbundmaterial hergestellt. Die jeweilige Drehmomentübertragungs-Schicht 57 ist aus einem ersten Metall Mi und die jeweilige Heiz-Schicht 59 aus einem zweiten metallischen Material M₃ hergestellt, wohingegen die jeweils dazwischen liegende Isolations-Schicht 58 aus einem keramischen Material M₂ hergestellt ist. Das Material Mi ist beispielsweise ein Stahl, da dieser eine geeignete mechanische Belastbar- keit aufweist. Demgegenüber ist das Material M₂ thermisch und elektrisch nicht-leitfähig und nicht-magnetisch, also elektromagnetisch transparent. Das Material M₃ ist eisenhaltig, also beispielsweise ein Stahl, so dass mittels der induktiven Heizvorrichtung 39 induzierte Wirbelströme zu Wirbelstromverlusten führen und die Heiz-Schichten 59 auf eine gewünschte Heiz-Temperatur TH erwärmt werden können. In dem eisenhaltigen Material M₃ entstehen zudem Ummagnetisierungsverluste infolge des magnetischen Wechselfeldes der induktiven Heizvorrichtung 39, so dass auch die Ummagnetisierungsverluste die Heiz-Schichten 59 erwärmen. Die Innenhülse 45 ist aus einem elektromagnetisch transparenten Material M₄. Das elektromagnetisch transparente Material M₄ ist nicht-magnetisch und elektrisch nicht-leitfähig. Hierdurch wird eine Erwärmung der Innenhülse 45 infolge des magnetischen Wechselfeldes der induktiven Heizvor- richtung 39 vermieden. Das Material M₄ ist vorzugsweise ein keramisches Material. Das Material M₄ ist beispielsweise ein oxidkeramisches Faserverbundmaterial. Ein oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff verbindet Eigenschaften von einem Metall und einer Keramik, wie beispielsweise elektromagnetische Transparenz, elektrische und thermische Isolationsfä- higkeit, duktiles und nicht-sprödes Bruchverhalten, hohe Zug- und Biegefestigkeit, Thermowechselbeständigkeit und Hochtemperaturstabilität bis über 1300° C.

In dem Innenraum 50 ist der Heizzonen-Gehäuseabschnitt 6 ausschließlich aus dem nicht- magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material M₄ ausgebildet. Der in dem Innenraum 50 befindliche Abschnitt der Innenhülse 45 ist ausschließlich aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht- leitfähigen Material M₄ ausgebildet. Da der Außenmantel 44 außerhalb der Spule 40 angeordnet ist, werden durch das magnetische Wechselfeld in dem Außenmantel 44 nur geringe Wirbelströme induziert. Dementsprechend ist der Außenmantel 44 aus einem metallischen Material M₅ hergestellt. Vorzugsweise sind auch die weiteren Gehäuseabschnitte 5 und 7 bis 9 aus dem metallischen Material M₅ hergestellt. Das metallische Material M₅ ist insbesondere ein Stahl. Alternativ kann der Außenmantel 44 jedoch auch aus dem Material M₄ hergestellt sein. Hierdurch wird eine Erwärmung des Außenmantels 44 im Wesentlichen vollständig vermieden. Zur Messung einer Temperatur Τκ des Kunststoffmaterials 2 weist die Schneckenmaschine 1 einen Temperatur-Messsensor 60 auf. Der Temperatur-Messsensor 60 ist beispielsweise an dem Gehäuseabschnitt 7 zu Beginn der Homogenisierungszone 26 angeordnet. Der Temperatur-Messsensor 60 ist in Signalverbindung mit einer Steuervorrichtung 61, die zur Steuerung der Schneckenmaschine 1 und insbesondere der induktiven Heizvorrichtung 39 dient. Hierzu steht die Steuervorrichtung 61 insbesondere in Signalverbindung mit der Energieversorgungseinrichtung 41 und der Kühleinrichtung 42. Die Steuervorrichtung 61 dient insbesondere zur Steuerung der induktiven Heizvorrichtung 39 in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur TK.

Die Schneckenmaschine 1 weist weiterhin eine Kühlvorrichtung auf, die in den Gehäuseabschnitten 7 und 8 ausgebildete Kühlkanäle 62 umfasst.

Durch die Kühlkanäle 62 ist in üblicher Weise mittels einer nicht näher dargestellten Kühlmittelpumpe ein Kühlmittel förderbar. Das Kühlmittel ist insbesondere Wasser. Bei Bedarf können auch in dem Außenmantel 44 des Gehäuseabschnitts 6 Kühlkanäle 62 ausgebildet sein. Die Innenhülse 45 hat in Bereichen B benachbart zu dem Leiter 51 senkrecht zu den Drehachsen 16, 17 eine Dicke D, wobei gilt: 5 mm < D < 50 mm, insbesondere 10 mm < D < 40 mm, und insbesondere 15 mm < D < 30 mm. Entlang der Drehachsen 16, 17 ist die Innenhülse 45 an zwei Stützstellen Si und S₂ an dem Außenmantel 44 abgestützt. Die Stützstellen Si und S₂ sind durch die zweiten Innenhülsenabschnitte 47, 48 gebildet.

Der Leiter 51 weist vorzugsweise eine nicht-runde Querschnittsform auf. Die Querschnittsform ist zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildet. Beispielsweise weist der Leiter 51 eine rechteckige Querschnittsform auf. Der Leiter 51 liegt vorzugsweise mit einer geradlinig ausgebildeten langen Seite der Querschnittsform gegen die Innenhülse 45 an.

Die Funktionsweise der Schneckenmaschine 1 ist wie folgt:

Durch die Zuführöffnung 22 wird der Schneckenmaschine 1 pulverförmi- ges und/oder granulatförmiges Kunststoffmaterial 2 in die Einzugszone 24 zugeführt. In der Einzugszone 24 wird das Kunststoffmaterial 2 in Förderrichtung 4 bis zu der Heizzone 25 gefördert.

In der Heizzone 25 wird das Kunststoffmaterial 2 mittels der induktiven Heizvorrichtung 39 erwärmt bzw. aufgeheizt. Hierzu erzeugt die induktive Heizvorrichtung 39 mittels der Energieversorgungseinrichtung 41 und der Spule 40 ein elektromagnetisches Wechselfeld. Die induktive Heizvorrich- tung 39 wird insbesondere mit einer Frequenz f betrieben, wobei für die Frequenz f in einem ersten Frequenzbereich gilt: 1 kHz < f < 50 kHz, insbesondere 5 kHz < f < 45 kHz, und insbesondere 10 kHz < f < 40 kHz. Weiterhin gilt für die Frequenz f in einem zweiten Frequenzbereich: 140 kHz < f < 360 kHz, insbesondere 150 kHz < f < 350 kHz, und insbesondere 160 kHz < f < 340 kHz. Vorzugsweise wird die induktive Heizvorrichtung 39 abwechselnd in beiden Frequenzbereichen betrieben, sodass unterschiedliche Eindringtiefen des magnetischen Wechselfeldes erzielt werden. In Figur 2 sind Feldlinien F des magnetischen Wechselfeldes veranschaulicht. Die Konzentration der Feldlinien F ist im Innenraum 50 der Spule 40 hoch, so dass dort die magnetische Feldstärke hoch ist. Die Heiz-Schichten 59 der Behandlungselemente 33, 33' wirken zudem als eine Art Kern. Durch das magnetische Wechselfeld werden in den Heiz-Schichten 59 Wirbelströme induziert, die ohmsche Wirbelstromverluste verursachen. Zudem werden durch das magnetische Wechselfeld Ummagnetisierungs- Verluste in den Heiz-Schichten 59 verursacht. Die ohmschen Wirbelstromverluste und die Ummagnetisierungsverluste führen zu einer Erwärmung der Heiz-Schichten 59 auf die Heiztemperatur TH. Die Heiztemperatur TH kann über die Frequenz f und/oder über die Amplitude A verändert werden. Da das Kunststoffmaterial 2 in intensiven Kontakt mit den Behandlungselementen 33, 33' steht, wird dieses an den Heiz-Schichten 59 erwärmt. Die in den Heiz-Schichten 59 erzeugte Wärme wird also auf das Kunst- stoffmaterial 2 übertragen, so dass dieses innerhalb der Heizzone 25 bis auf die Temperatur Τκ aufgeheizt wird. Die Temperatur Τκ liegt insbesondere oberhalb einer Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials 2, so dass das feste Kunststoffmaterial 2 innerhalb der Heizzone 25 zumindest teilweise aufgeschmolzen wird.

Da die Innenhülse 45 aus dem elektromagnetisch transparenten Material M₄ ausgebildet ist, das nicht-magnetisch und elektrisch nicht-leitfähig ist, erwärmt sich die Innenhülse 45 aufgrund des magnetischen Wechselfeldes nicht. Die von der induktiven Heizvorrichtung 39 bereitgestellte Energie wird somit einfach und effizient über die Heiz-Schichten 59 der Behandlungselemente 33, 33' in das Kunststoffmaterial 2 eingebracht. Durch die Isolations-Schichten 58 wird zudem vermieden, dass die in den Heiz- Schichten 59 erzeugte Wärme in Richtung der Wellen 30, 31 übertragen wird.

Die Temperatur Τκ des Kunststoffmaterials 2 wird mittels des Temperatur- Messsensors 60 gemessen und der Steuervorrichtung 61 zugeführt. Die Steuervorrichtung 61 vergleicht die Temperatur Τκ mit einer vordefinierten Soll-Temperatur Ts, die vorzugsweise oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffmaterials 2 liegt. Liegt die Temperatur Τκ unterhalb der Soll- Temperatur Ts, steuert die Steuervorrichtung 61 die Energieversorgungs- einrichtung 41 an und erhöht die Amplitude A und/oder die Frequenz f. Umgekehrt wird die Amplitude A und/oder die Frequenz f erniedrigt, wenn die Temperatur Τκ zu hoch ist. Da durch den Leiter 51 der Spule 40 ein hoher Strom Is fließt, muss der Leiter 51 bei Bedarf gekühlt werden. Hier- zu pumpt die Kühleinrichtung 42 mittels der Kühlmittelpumpe 56 ein Kühlmittel, insbesondere Wasser durch den Kühlkanal 52.

In der Homogenisierungszone 26 wird das Kunststoffmaterial 2 homogenisiert und - sofern noch festes Kunststoffmaterial 2 vorliegt - vollständig aufgeschmolzen. Bei Bedarf wird das Kunststoffmaterial 2 gekühlt, indem ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, durch die Kühlkanäle 62 gepumpt wird.

In der Druckaufbauzone 27 wird der Druck des vollständig aufgeschmol- zenen und homogenisierten Kunststoffmaterials 2 erhöht. Das Kunststoffmaterial 2 wird anschließend durch die Austragsöffnung 29 ausgetragen.

Nachfolgend ist anhand von Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Der Heizzonen-Gehäuseabschnitt 6 weist im Ge- gensatz zu dem ersten Ausführungsbeispiel eine Innenhülse 45 auf, die endseitig in zwei Außenteile 44 aufgenommen ist. Die Außenteile 44 sind außerhalb des Innenraums 50 angeordnet. Weiterhin sind die Außenteile 44 plattenförmig ausgebildet, sodass diese die Flansche 10 ausbilden. Die Außenteile 44 sind mittels Gewindestangen 63 miteinander auf Abstand ver- schraubt. Weiterhin sind die Außenteile 44 mittels der Gewindestangen 63 mit den benachbarten Gehäuseabschnitten 5 und 7 verschraubt. Der Aufnahmeraum 43 ist somit nach außen teilweise offen. Zwischen den Gewindestangen 63 werden die Durchgangsöffnungen 53, 54 für den Leiter 51 ausgebildet. Die Innenhülse 45 ist entlang der Drehachsen 16, 17 endseitig an Stützstellen Si und S₂ an den Außenteilen 44 abgestützt. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen. Nachfolgend ist anhand von Fig. 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist die Innenhülse 45 an einer der Spule 40 zugewandten Außenseite negativ zu der Spule 40 geformt. Die Spule 40 ist somit in die Innenhülse 45 eingebettet. Zwischen den zweiten Innenhülsenabschnitten 47, 48 ist somit ein spiralförmiger Stützbereich bzw. Stützsteg 64 ausgebildet. Der Stützsteg 64 ist zwischen den Windungen der Spule 40 angeordnet. Aufgrund des Stützstegs 64 bildet die Innenhülse 45 somit zusätzlich zu den Stützstellen Si und S₂ entlang der Drehachsen 16, 17 eine Vielzahl weiterer Stützstellen aus, an denen sich die Innenhülse 45 gegen das Au- ßenteil 44 abstützt. In Fig. 6 sind beispielhaft Stützstellen S₃ bis S₆ veranschaulicht. Hierdurch ist die Innenhülse 45 großflächig an dem Außenteil 44 abgestützt. Der Heizzonen-Gehäuseabschnitt 6 kann grundsätzlich auch mehrere Außenteile 44 aufweisen, an denen sich die Innenhülse 45 abstützt. Hierdurch wird die Montage des Heizzonen-Gehäuseabschnitts 6 vereinfacht. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf die vorangegangenen Ausführungsbeispiele verwiesen.

Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind beliebig miteinander kombinierbar.

Durch die erfindungsgemäße Schneckenmaschine 1 wird in einfacher und effizienter Weise induktiv bzw. thermisch Energie in das aufzubereitende Material 2 eingetragen. Ein mechanischer Energieeintrag kann somit erheblich reduziert werden, wodurch sich die mechanische Belastung und der Verschleiß der Schneckenmaschine 1 erheblich reduziert. Durch den effizienten Energieeintrag ist zudem ein energiesparender Betrieb der Schneckenmaschine 1 möglich. Die induktive Heizvorrichtung 39 weist bezogen auf eine Gesamtleistung der Schneckenmaschine 1 insbesondere eine Heiz- Leistung von 10 % bis 90 %, insbesondere von 20 % bis 80 %, und insbesondere von 30 % bis 70 % auf. Bei Bedarf kann die induktive Heizvorrichtung 39 auch gleichzeitig mit mehreren unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden. Hierdurch können unterschiedlich entfernte Bereiche der Behandlungselemente 33, 33' erwärmt werden, wie beispielsweise die um- laufenden Heiz-Schichten 59.

Das Verbundmaterial der Behandlungselemente 33, 33' wird beispielsweise durch Sintern oder Flammspritzen hergestellt. Verfahren zur Herstellung derartiger Verbundmaterialien bzw. Verbundkörper sind bekannt.

Claims

Patentansprüche

1. Schneckenmaschine, mit

- einem Gehäuse (3), das mehrere in einer Förderrichtung (4) nachei- nander angeordnete und miteinander verbundene Gehäuseabschnitte

(5 bis 9) aufweist,

- mindestens einer in dem Gehäuse (3) ausgebildeten Gehäusebohrung (1 1, 12),

- einer in die mindestens eine Gehäusebohrung (1 1, 12) mündenden Zuführöffnung (22),

- mindestens einer in der mindestens einen Gehäusebohrung (1 1, 12) angeordneten und um mindestens eine Drehachse (16, 17) drehan- treibbaren Behandlungselementwelle (13, 14),

- einer induktiven Heizvorrichtung (39) zum Ausbilden einer Heizzo- ne (25), wobei

— mindestens ein Gehäuseabschnitt (6) in der Heizzone (25) zumindest teilweise aus einem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material (M₄) ausgebildet ist, und

— die mindestens eine Behandlungselementwelle (13, 14) zumin- dest in der Heizzone (25) ein elektrisch leitfähiges Material (M₃) aufweist.

2. Schneckenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Heizvorrichtung (39) mindestens eine Spule (40) aufweist, die die mindestens eine Behandlungselementwelle (13, 14) umgibt und einen Innenraum (50) begrenzt.

3. Schneckenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gehäuseabschnitt (6) in dem Innenraum (50) ausschließlich aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht- leitfähigen Material (M₄) ausgebildet ist.

Schneckenmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,

dass zwischen der mindestens einen Behandlungselementwelle (13, 14) und der mindestens einen Spule (40) ausschließlich ein nichtmagnetisches und elektrisch nicht-leitfähiges Material (M₄) angeordnet ist.

Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

dass der mindestens eine Gehäuseabschnitt (6) eine Innenhülse (45) aufweist, die die mindestens eine Gehäusebohrung (1 1, 12) in der Heizzone (25) zumindest teilweise begrenzt,

dass die Innenhülse (45) ausschließlich aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material (M₄) ausgebildet ist.

Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

dass der mindestens eine Gehäuseabschnitt (6) mindestens ein Außenteil (44) und eine Innenhülse (45) aufweist,

dass die Innenhülse (45) an dem mindestens einen Außenteil (44) abgestützt ist.

7. Schneckenmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülse (45) an dem mindestens einen Außenteil (44) entlang der mindestens einen Drehachse (16, 17) an mindestens zwei Stützstellen, insbesondere an mindestens drei Stützstellen, und insbesondere an mindestens vier Stützstellen abgestützt ist.

8. Schneckenmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich- net,

dass die Innenhülse (45) an einer der mindestens einen Spule (40) zugewandten Außenseite negativ zu der mindestens einen Spule (40) geformt ist.

9. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

dass die mindestens eine Spule (40) einen zugehörigen Leiter (51) aufweist,

dass die Innenhülse (45) in einem Bereich des Leiters (51) senkrecht zu der mindestens einen Drehachse (16, 17) eine Dicke D aufweist, wobei gilt: 5 mm < D < 50 mm, insbesondere 10 mm < D < 40 mm, und insbesondere 15 mm < D < 30 mm.

10. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch ge- kennzeichnet,

dass die mindestens eine Spule (40) einen zugehörigen Leiter (51) aufweist,

dass der Leiter (51) eine nicht-runde Querschnittsform hat, die insbesondere zu der Innenhülse (45) zumindest abschnittsweise geradlinig ausgebildet ist.

1 1. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Behandlungselementwelle (13, 14) mehrere Behandlungselemente (32 bis 37, 32' bis 37') aufweist, die in der Förderrichtung (4) nacheinander auf mindestens einer zugehörigen Welle (30, 31) drehfest angeordnet sind,

dass mindestens ein Behandlungselement (33, 33') eine metallische

Heiz-Schicht (59) aufweist, die eine Oberfläche des mindestens einen Behandlungselements (33, 33') bildet,

dass das mindestens eine Behandlungselement (33, 33') eine Isolations-Schicht (58) aufweist, die die Heiz-Schicht (59) von der Welle (30, 31) thermisch isoliert.

12. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die induktive Heizvorrichtung (39) mindestens eine Spule (40) aufweist, die durch eine Kühleinrichtung (42), insbesondere durch eine

Wasser-Kühleinrichtung, kühlbar ist.

13. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,

dass die induktive Heizvorrichtung (39) mindestens eine Spule (40) und eine zugehörige Energieversorgungseinrichtung (41) aufweist, dass die Energieversorgungseinrichtung (41) eine Wechselspannung (Us) und/oder einen Wechselstrom (Is) bereitstellt, insbesondere mit einer einstellbaren Frequenz (f) und/oder einer einstellbaren Amplitude (A).

14. Schneckenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Temperatur-Messsensor (60) zur Messung einer Temperatur (TK) des aufzubereitenden Materials (2), und

durch eine Steuervorrichtung (61) zur Steuerung der induktiven Heizvorrichtung (39) in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur (TK) des aufzubereitenden Materials (2).

15. Verfahren zur Aufbereitung von aufzubereitendem Material, umfassend folgende Schritte:

- Bereitstellen einer Schneckenmaschine (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14,

- Zuführen eines aufzubereitenden Materials (2) in die mindestens eine Gehäusebohrung (1 1 , 12),

- Erwärmen der mindestens einen Behandlungselementwelle (13, 14) mittels der induktiven Heizvorrichtung (39),

- Erwärmen des aufzubereitendem Materials (2) an der mindestens einen erwärmten Behandlungselementwelle (13, 14), insbesondere bis zum zumindest teilweisen Aufschmelzen des Materials (2) in der Heizzone (25).