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Title:
METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING A MIXTURE OF A METAL MATRIX MATERIAL AND AN ADDITIVE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/055259
Kind Code:
A1
Abstract:
In the case of a method for producing a mixture (W) of a metal matrix material and an additive (V), a metallic bulk material (S) is melted in a multi-screw extruder (1) by means of an inductive heating device (39) in a heating zone (25) to form a metal matrix material. By forming at least one housing portion (6) of the housing (3) of the multi-screw extruder (1) in the heating zone (25) at least partially from a non-magnetic and electrically nonconductive material, it is easily possible to introduce efficiently a high level of energy for melting the metallic bulk material (S). The additive (V) for producing the mixture (W) is mixed into the metal matrix material by means of treatment element screws (14) of the multi-screw extruder (1).

Inventors:
WELB, Sören (Frankenstr. 27, Ilsfeld, 74360, DE)
CONRAD, Ulrich (Schmiedetorstrasse 12, Elze, 31008, DE)
Application Number:
EP2016/072944
Publication Date:
April 06, 2017
Filing Date:
September 27, 2016
Export Citation:
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Assignee:
COPERION GMBH (Theodorstrasse 10, Stuttgart, 70469, DE)
International Classes:
B22F1/00; B21C23/01; B22F3/00; B22F3/20; B29C47/80; C22C1/04; C22C1/10; C22C47/08; C22C49/04; C22C49/06
Domestic Patent References:
WO2015154973A12015-10-15
Foreign References:
US20060070419A12006-04-06
US20040084171A12004-05-06
CN202846846U2013-04-03
DE102005052470B32007-03-29
US20080264594A12008-10-30
Attorney, Agent or Firm:
RAU, SCHNECK & HÜBNER PATENTANWÄLTE RECHTSANWÄLTE PARTGMBB (Königstrasse 2, Nürnberg, 90402, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung einer Mischung aus einem metallischen

Matrixmaterial und einem Zusatzstoff, umfassend die folgenden Schrit- te:

- Bereitstellen einer Mehrwellen-Schneckenmaschine (1), mit

— einem Gehäuse (3), das mehrere in einer Förderrichtung (4) nacheinander angeordnete und miteinander verbundene Gehäuseabschnitte (5 bis 9) aufweist,

— mehreren in dem Gehäuse (3) ausgebildeten Gehäusebohrungen

(1 1, 12),

— mindestens einer in die Gehäusebohrungen (1 1 , 12) mündenden Zuführöffnung (22; 22, 66),

— mehreren in den Gehäusebohrungen (1 1, 12) angeordneten und drehantreibbaren Behandlungselementwellen (13, 14),

— einer induktiven Heizvorrichtung (39) zum Ausbilden einer Heizzone (25), wobei

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

— die induktive Heizvorrichtung (39) mindestens eine Spule (40) aufweist, die die Behandlungselementwellen (13, 14) umgibt und einen Innenraum (50) begrenzt,

— der mindestens eine Gehäuseabschnitt (6) in dem Innenraum (50) ausschließlich aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material (M4) ausgebildet ist, und — die Behandlungselementwellen (13, 14) zumindest in der Heizzone (25) ein elektrisch leitfähiges Material (M3) aufweisen,

— einer Kühleinrichtung (42) zum Abführen einer in der mindes- tens einen Spule (40) erzeugten Verlustwärme,

- Zuführen eines metallischen Schüttguts (S) und eines Zusatzstoffs (V) durch die mindestens eine Zuführöffnung (22; 22, 66) in die Gehäusebohrungen (1 1, 12),

- Aufschmelzen des metallischen Schüttguts (S) mittels der indukti- ven Heizvorrichtung (39) zu einem metallischen Matrixmaterial

(S'), und

- Herstellen einer Mischung (W) aus dem metallischen Matrixmaterial (S') und dem Zusatzstoff (V) mittels der Behandlungselementwellen (13, 14).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass das metallische Schüttgut (S) unmittelbar mittels der induktiven Heizvorrichtung (39) erwärmt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

dass die Behandlungselementwellen (13, 14) mittels der induktiven Heizvorrichtung (39) erwärmt werden und das metallische Schüttgut (S) mittelbar durch die Behandlungselementwellen (13, 14) erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

dass die Behandlungselementwellen (13, 14) vor dem Zuführen des metallischen Schüttguts (S) mittels der induktiven Heizvorrichtung (39) erwärmt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

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

dass die Innenhülse (45) aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material (M4) ausgebildet ist. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,

dass das metallische Schüttgut (S) und/oder der Zusatzstoff (V) unter einer Schutzgasatmosphäre zugeführt wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,

dass das metallische Schüttgut (S) und der Zusatzstoff (V) stromaufwärts der Heizzone (25) zugeführt werden, insbesondere durch eine gemeinsame Zuführöffnung (22).

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,

dass das metallische Schüttgut (S) durch eine erste Zuführöffnung (22) stromaufwärts der Heizzone (25) und der Zusatzstoff (V) durch eine zweite Zuführöffnung (66) stromabwärts der Heizzone (25) zugeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das metallische Schüttgut (S) und/oder der Zusatzstoff (V) mittels mindestens einer Zuführeinrichtung (2; 2, 76) zugeführt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich- net,

dass die induktive Heizvorrichtung (39) zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds mit einer Frequenz f betreibbar ist, wobei für die Frequenz f gilt: 1 kHz < f < 50 kHz, insbesondere 5 kHz < f < 45 kHz, und insbesondere 10 kHz < f < 40 kHz.

1 1. Vorrichtung zur Herstellung einer Mischung aus einem metallischen Matrixmaterial und einem Zusatzstoff, umfassend

- eine Mehrwellen-Schneckenmaschine (1), mit

— einem Gehäuse (3), das mehrere in einer Förderrichtung (4) nacheinander angeordnete und miteinander verbundene Gehäuseabschnitte (5 bis 9) aufweist,

— mehreren in dem Gehäuse (3) ausgebildeten Gehäusebohrungen (1 1, 12),

— mindestens einer in die Gehäusebohrungen (1 1 , 12) mündenden Zuführöffnung (22; 22, 66),

— mehreren in den Gehäusebohrungen (1 1, 12) angeordneten und drehantreibbaren Behandlungselementwellen (13, 14),

— einer induktiven Heizvorrichtung (39) zum Ausbilden einer Heizzone (25), wobei

— mindestens ein Gehäuseabschnitt (6) in der Heizzone (25) zumindest teilweise aus einem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material (M4) ausgebildet ist, — die induktive Heizvorrichtung (39) mindestens eine Spule (40) aufweist, die die Behandlungselementwellen (13, 14) umgibt und einen Innenraum (50) begrenzt,

— der mindestens eine Gehäuseabschnitt (6) in dem Innenraum (50) ausschließlich aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material (M4) ausgebildet ist, und

— die Behandlungselementwellen (13, 14) zumindest in der Heizzone (25) ein elektrisch leitfähiges Material (M3) auf- weisen, und

— einer Kühleinrichtung (42) zum Abführen einer in der mindestens einen Spule (40) erzeugten Verlustwärme,

- mindestens eine Zuführeinrichtung (2; 2, 76) zum Zuführen eines metallischen Schüttguts (S) und eines Zusatzstoffs (V) durch die mindestens eine Zuführöffnung (2; 2,) in die Gehäusebohrungen

(1 1, 12).

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 1, dadurch gekennzeichnet,

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

dass die Innenhülse (45) aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material (M4) ausgebildet ist. 13. Vorrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gehäuseabschnitt (6) mindestens ein Außenteil (44) und eine Innenhülse (45) aufweist, dass das mindestens eine Außenteil (44) insbesondere außerhalb eines Innenraums (50) mindestens einer Spule (40) der induktiven Heizvorrichtung (39) angeordnet ist,

dass die Innenhülse (45) an dem mindestens einen Außenteil (44) ab- gestützt ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet,

dass die mindestens eine Zuführeinrichtung (2; 2, 76) eine gravimetri- sehe Dosiereinheit (63) und/oder eine Zuführ-Schneckenmaschine (65) umfasst.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet,

dass die induktive Heizvorrichtung (39) eine Energieversorgungseinrichtung (41) mit einem Frequenzumrichter aufweist, mittels dem eine Frequenz f einstellbar ist, wobei für die Frequenz f gilt: 1 kHz < f < 50 kHz, insbesondere 5 kHz < f < 45 kHz, und insbesondere 10 kHz < f < 40 kHz.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Mischung aus einem metallischen Matrixmaterial und einem Zusatzstoff

Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Pa- tentanmeldung DE 10 2015 219 032.3 in Anspruch, deren Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Mischung aus einem metallischen Matrixmaterial und einem Zusatz- stoff.

Aus der DE 10 2005 052 470 B3 (entspricht US 2008/0264594 AI) ist ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs bekannt. In einem Extruder werden Metallpartikel mittels mehrerer nacheinander angeordne- ter Heizbänder zumindest teilweise aufgeschmolzen, sodass in dem Extruder eine metallische Matrixphase bzw. ein metallisches Matrixmaterial vorliegt. In die metallische Matrixphase werden mittels einer Dosierschnecke Verstärkungspartikel zugeführt. Zur Herstellung des Verbundwerkstoffs werden die Verstärkungspartikel anschließend mittels des Extruders in die metallische Matrixphase eingemischt. Das zumindest teilweise Aufschmelzen der Metallpartikel zu der metallischen Matrixphase und das anschließende Einmischen der Verstärkungspartikel ist äußert aufwendig. Insbesondere ist der maschinenseitige Aufwand hoch, da das Aufschmelzen der Metallpartikel und das Einmischen der Verstärkungspartikel eine ver- gleichsweise große Länge des Extruders erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das in einfacher Weise die Herstellung einer homogenen Mischung aus einem metallischen Matrixmaterial und einem Zusatzstoff ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Mittels der induktiven Heizvorrichtung wird das metallische Schüttgut in einfacher und effizienter Weise zumindest teilweise zu dem metallischen Matrixmaterial bzw. einer metallischen Matrixphase aufgeschmolzen. Um einen effizienten Energieeintrag in das metallische Schüttgut bzw. das metallische Matrixmaterial 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 nachfolgend auch als Heizzonen-Gehäuseabschnitt bezeichnet. Das elektromagnetisch transparente Material wirkt nicht mit der induktiven Heizvorrichtung zusammen. Das Material ist insbesondere nicht-ferromagnetisch. Vorzugs- weise sind mehrere Heizzonen-Gehäuseabschnitte, insbesondere alle Heizzonen-Gehäuseabschnitte zumindest teilweise aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material ausgebildet. Durch den hohen und effizienten Energieeintrag kann die Mehrwellen-Schneckenmaschine vergleichsweise kurz ausgebildet werden, wodurch der maschinenseitige Aufwand deutlich reduziert wird. Durch den hohen und effizienten Energieeintrag mittels der induktiven Heizvorrichtung können die in der Mehrwellen-Schneckenmaschine wirkenden mechanischen Kräfte und der damit verbundene Verschleiß deutlich reduziert werden. Hierdurch wird der maschinenseitige Aufwand deutlich reduziert. Durch den hohen und effizien- ten Energieeintrag wird das metallische Schüttgut im Wesentlichen vollständig aufgeschmolzen, sodass das homogene Einmischen des Zusatzstoffs in einfacher Weise möglich ist. Der Zusatzstoff ist insbesondere ein Verstärkungsstoff und/oder ein Füllstoff. Die induktive Heizvorrichtung weist mindestens eine Spule auf, die die Behandlungselementwellen umgibt und einen Innenraum begrenzt, wobei der mindestens eine Heizzonen-Gehäuseabschnitt in dem Innenraum ausschließlich aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material ausgebildet ist. Hierdurch wird ein hoher und effizienter Energieeintrag zum Aufschmelzen des Schüttguts gewährleistet. Vorzugsweise ist das in dem Innenraum angeordnete Material des mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitts ein keramisches und/oder faserverstärktes Material, wie beispielsweise ein oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff. Oxidke- ramische 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 Thermowechselbeständigkeit. Da das magnetische Wechselfeld der mindestens einen Spule außerhalb des Innenraums nur zu einem geringen Energieeintrag in elektrisch leitfähige Bauteile führt, kann der mindestens eine Heizzonen-Gehäuseabschnitt außerhalb des Innenraums aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein. Alternativ kann der mindes- tens eine Heizzonen-Gehäuseabschnitt auch außerhalb des Innenraums aus einem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material hergestellt sein. Die mindestens eine Spule ist mit ihrer Spulenachse bzw. Mittellängsachse in Richtung der Drehachsen der Behandlungselementwellen ausgerichtet. Idealerweise verläuft eine Mittellängsachse der mindestens einen Spule parallel zu den Drehachsen der Behandlungselementwellen. Die mindestens eine Spule ist nach Art einer Helmholtz- Spule angeordnet, wobei die Behandlungselementwellen einen Kern bilden. Die Feldlinien des magnetischen Wechselfeldes konzentrieren sich somit im Innenraum und in den Behandlungselementwellen, sodass auf einfache Weise ein ho- her Energieeintrag in die Behandlungselementwellen möglich ist. Die Länge der Heizzone in der Förderrichtung ist durch die Länge der mindestens einen Spule und/oder die Anzahl der Spulen einstellbar. Die Länge der mindestens einen Spule ist über die Anzahl und/oder den Abstand der Windungen einstellbar. Die mindestens eine Spule wird durch ohmsche Verluste erwärmt. Durch die Kühleinrichtung wird die in der mindestens einen Spule erzeugte Verlustwärmung abgeführt. Die Kühleinrichtung ist insbesondere als Wasser-Kühleinrichtung ausgebildet. Die mindestens eine Spule kann somit mit einer hohen Leistung betrieben werden. Vorzugswei- se bildet die mindestens eine Spule selbst einen Kühlkanal aus, durch den ein Kühlmittel strömen kann. Das Kühlmittel ist insbesondere Wasser. Weiterhin kann ein von dem mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitt vollständig begrenzter Aufnahmeraum, in dem die mindestens eine Spule angeordnet ist, als Kühlkanal dienen. Zur Vermeidung von ohmschen Verlusten ist die mindestens eine Spule insbesondere aus Aluminium oder Kupfer hergestellt.

Das metallische Schüttgut ist vorzugsweise aus mindestens einem Leichtmetall oder mindestens einer Leichtmetall-Legierung ausgebildet. Das Leichtmetall bzw. die Leichtmetall-Legierung weist bei 20°C insbesondere eine Dichte von höchstens 5 g/cm 3 auf. Das Leichtmetall ist insbesondere Magnesium oder Aluminium. Der Zusatzstoff ist insbesondere als Verstärkungspartikel und/oder Verstärkungsfasern ausgebildet. Das nicht-magnetische und elektrisch nicht-leitfähige Material des mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitts ist insbesondere ein nichtmetallisches Material, wie beispielsweise ein keramisches und/oder faserverstärktes Material. Das elektrisch leitfähige Material der Behandlungs- elementwellen ist insbesondere ein metallisches Material, wie beispielsweise Stahl.

Vorzugsweise ist die Mehrwellen-Schneckenmaschine als Zweiwellen- Schneckenmaschine ausgebildet. Die Behandlungselementwellen sind insbesondere gleichsinnig drehantreibbar. Die Behandlungselementwellen sind vorzugsweise paarweise dicht kämmend ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Behandlungselementwellen jeweils eine Welle auf, auf der mehrere Behandlungselemente in der Förderrichtung nacheinander drehfest angeordnet sind. Die Behandlungselemente sind beispielsweise als Schneckenelement und/oder Knetelement ausgebildet. Das jeweilige Knetelement kann eine einzelne Knetscheibe oder ein einteiliger Knetblock aus mehreren miteinander verbundenen Knetscheiben sein. Vorzugsweise weist die Mehrwellen-Schneckenmaschine einen Temperatur-Messsensor zur Messung einer Temperatur des metallischen Schüttguts bzw. des metallischen Matrixmaterials auf, wobei die induktive Heizvorrichtung in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur mittels einer Steuervorrichtung gesteuert oder geregelt wird. Durch die mittels des Tempera- tur-Messsensors gemessene Temperatur 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 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. Ein Verfahren nach Anspruch 2 gewährleistet einen hohen und effizienten Energieeintrag in das metallische Schüttgut. Dadurch, dass die induktive Heizvorrichtung ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, werden in dem metallischen Schüttgut und gegebenenfalls auch in dem metallischen Matrixmaterial Wirbelströme induziert, die Wirbelstromverluste verursachen und insbesondere zusammen mit Ummagnetisierungsverlusten das metallische Schüttgut und gegebenenfalls auch das metallische Matrixmaterial unmittelbar erwärmen. Hierzu ist das metallische Schüttgut bzw. das metal- lische Matrixmaterial elektrisch leitfähig und/oder magnetisch. Demgegenüber wirkt das magnetische Wechselfeld nicht mit dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material des mindestens einen Heizzonen- Gehäuseabschnitts zusammen, sodass ein unerwünschter Energieeintrag in den mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitt wirkungsvoll vermie- den wird.

Ein Verfahren nach Anspruch 3 gewährleistet einen hohen und effizienten Energieeintrag in das metallische Schüttgut. Dadurch, dass die induktive Heizvorrichtung ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, das mit den Be- handlungselementwellen zusammenwirkt, werden in den Behandlungselementwellen Wirbelströme induziert, die Wirbelstromverluste verursachen und insbesondere zusammen mit Ummagnetisierungsverlusten die Behandlungselementwellen erwärmen. Die Behandlungselementwellen sind in intensivem Kontakt mit dem metallischen Schüttgut und dem metallischen Matrixmaterial und großflächig davon umgeben, sodass die Behandlungselementwellen das metallische Schüttgut und das metallische Matrixmaterial mittelbar erwärmen. Das elektrisch leitfähige Material ist insbesondere eisenhaltig und ferromagnetisch. Demgegenüber wirkt das magnetische Wechselfeld nicht mit dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht- leitfähigen Material des mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitts zusammen, sodass ein unerwünschter Energieeintrag in den mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitt wirkungsvoll vermieden wird. Ein Verfahren nach Anspruch 4 gewährleistet in einfacher Weise ein Aufschmelzen des metallischen Schüttguts. Die Behandlungselementwellen werden mittels der induktiven Heizvorrichtung vorgeheizt, sodass bei Kontakt des metallischen Schüttguts mit den Behandlungselementwellen sofort ein Energieeintrag in das metallische Schüttgut erfolgt. Hierdurch wird das metallische Schüttgut in einfacher und schneller Weise aufgeschmolzen.

Ein Verfahren nach Anspruch 5 gewährleistet in einfacher Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag zum Aufschmelzen des metallischen Schüttguts. Die Innenhülse ist in dem Innenraum der mindestens einen Spule angeordnet und wirkt nicht mit dem magnetischen Wechselfeld zusammen, sodass kein Energieeintrag in die Innenhülse erfolgt. Insbesondere ist von dem Heizzonen-Gehäuseabschnitt ausschließlich die zugehörige Innenhülse in dem Innenraum angeordnet. Vorzugsweise begrenzt die Innenhülse zumindest teilweise einen Aufnahmeraum, in dem die mindestens eine Spule angeordnet ist. Durch die Anordnung der mindestens einen Spule in dem Aufnahmeraum ist diese geschützt in dem mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitt angeordnet.

Ein Verfahren nach Anspruch 6 gewährleistet in einfacher Weise die Ver- wendung eines Leichtmetalls oder einer Leichtmetall-Legierung zur Herstellung der Mischung. Durch die Schutzgasatmosphäre werden unerwünschte und gefährliche chemische Reaktionen vermieden. Ein Verfahren nach Anspruch 7 gewährleistet in einfacher Weise die Herstellung einer homogenen Mischung. Dadurch, dass das metallische Schüttgut mittels der induktiven Heizvorrichtung schnell aufgeschmolzen wird, kann der Zusatzstoff bereits stromaufwärts der Heizzone zugeführt werden. Hierdurch wird der maschinenseitige Aufwand reduziert. Das metallische Schüttgut und der Zusatzstoff können über eine gemeinsame Zuführöffnung oder jeweils eine eigene Zuführöffnung stromaufwärts der Heizzone zugeführt werden. Ein Verfahren nach Anspruch 8 gewährleistet in einfacher und zuverlässiger Weise die Herstellung einer homogenen Mischung. Durch die Zuführung des Zusatzstoffs stromabwärts der Heizzone kann der Zusatzstoff in einfacher Weise in das bereits aufgeschmolzene metallische Matrixmaterial zugeführt werden.

Ein Verfahren nach Anspruch 9 ermöglicht in einfacher und flexibler Weise die Herstellung einer gewünschten Mischung. Das metallische Schüttgut und der Zusatzstoff können mittels einer gemeinsamen Zuführeinrichtung stromaufwärts der Heizzone oder mittels jeweils einer eigenen Zuführein- richtung stromaufwärts der Heizzone oder das metallische Schüttgut mittels einer eigenen Zuführeinrichtung stromaufwärts der Heizzone und der Zusatzstoff mittels einer eigenen Zuführeinrichtung stromabwärts der Heizzone zugeführt werden. Die Zuführeinrichtung für das metallische Schüttgut weist insbesondere eine gravimetrische Dosiereinheit auf. Die Zuführeinrichtung für den Zusatzstoff weist eine gravimetrische Dosiereinheit und/oder eine Dosier- bzw. Zuführ-Schneckenmaschine auf.

Ein Verfahren nach Anspruch 10 gewährleistet in einfacher Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag zum Aufschmelzen des metallischen Schüttguts. Die induktive Heizvorrichtung ist zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfelds 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 das metallische Schüttgut und/oder in die Behandlungselementwellen erzielt. Dadurch, dass der mindestens eine Heizzonen-Gehäuseabschnitt aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht-leitfähigen Material ausgebildet ist, wird ein Energieein- trag in den mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitt wirkungsvoll vermieden. Zusätzlich oder alternativ kann die induktive Heizvorrichtung mit einer Frequenz f in einem zweiten Frequenzbereich betrieben werden, wobei für die Frequenz 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 in unterschiedlichen Eindringtiefen erzielt, beispielsweise in dem metallischen Schüttgut und/oder in den Behandlungselementwellen. Der Betrieb der induktiven Heizvorrichtung in dem ersten Frequenzbereich und dem zweiten Frequenzbereich erfolgt vor- zugsweise abwechselnd. Hierdurch wird in effizienter Weise ein hoher Energieeintrag gewährleistet. Eine Energieversorgungseinrichtung der induktiven Heizvorrichtung weist insbesondere einen Frequenzumrichter auf, mit dem die Frequenz f und/oder eine Amplitude einer Wechselspannung und/oder eines Wechselstroms einstellbar ist.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, die in einfacher Weise die Herstellung einer homogenen Mischung aus einem metallischen Matrixmaterial und einem Zusatzstoff ermöglicht. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 1 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechen den bereits beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Ver- fahrens. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mit den Merkmalen des erfindungsgemäßen Verfahrens weitergebildet werden und umgekehrt.

Eine Vorrichtung nach Anspruch 12 gewährleistet in einfacher Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag zum Aufschmelzen des metallischen Schüttguts. Die Innenhülse ist in einem Innenraum mindestens einer Spule der induktiven Heizvorrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist von dem mindestens einen Heizzonen-Gehäuseabschnitt ausschließlich die zugehörige Innenhülse in dem Innenraum der mindestens einen Spule angeordnet.

Eine Vorrichtung nach Anspruch 13 gewährleistet in einfacher Weise die Herstellung einer homogenen Mischung. Die innerhalb des Innenraums angeordnete Innenhülse ist an dem mindestens einen Außenteil abgestützt, sodass die mechanische Stabilität der Innenhülse gewährleistet ist. Die In- nenhülse 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. Die Innenhülse ist an dem mindestens einen Au- ßenteil entlang der Drehachsen an mindestens zwei Stützstellen, insbesondere an mindestens drei Stützstellen, und insbesondere an mindestens vier Stützstellen abgestützt. Eine Vorrichtung nach Anspruch 14 gewährleistet in einfacher Weise die Herstellung einer homogenen Mischung. Die Vorrichtung kann eine gemeinsame Zuführeinrichtung zum Zuführen des metallischen Schüttguts und des Zusatzstoffs aufweisen. Weiterhin kann die Vorrichtung eine erste Zuführeinrichtung zum Zuführen des metallischen Schüttguts und eine zweite Zuführeinrichtung zum Zuführen des Zusatzstoffs aufweisen. Die Zuführeinrichtung zum Zuführen des metallischen Schüttguts umfasst insbesondere eine gravimetrische Dosiereinheit. Weiterhin umfasst die Zuführeinrichtung zum Zuführen des Zusatzstoffs insbesondere eine gravi- metrische Dosiereinheit und/oder eine Zuführ-Schneckenmaschine. Vorzugsweise weist die mindestens eine Zuführeinrichtung eine jeweilige Schutzgas-Zuführöffnung zum Zuführen des metallischen Schüttguts und/oder des Zusatzstoffs unter einer Schutzgasatmosphäre auf. Eine Vorrichtung nach Anspruch 15 gewährleistet in einfacher Weise einen hohen und effizienten Energieeintrag zum Aufschmelzen des metallischen Schüttguts. Die induktive Heizvorrichtung wird insbesondere mit einer Frequenz in diesem ersten Frequenzbereich und einem zweiten Frequenzbereich betrieben, wobei für die Frequenz f im zweiten Frequenzbereich gilt: 140 kHz < f < 360 kHz, insbesondere 150 kHz < f < 350 kHz, und insbesondere 160 kHz < f < 340 kHz. Der Betrieb der induktiven Heizvorrichtung in dem ersten Frequenzbereich und dem zweiten Frequenzbereich erfolgt vorzugsweise abwechselnd. Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. Es zeigen: Fig. 1 eine teilweise geschnitten dargestellte Vorrichtung zur Herstellung einer Mischung aus einem metallischen Matrixmaterial und einem Zusatzstoff gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Mehrwellen-Schneckenmaschine der Vorrichtung in Fig. 1 im Bereich einer induktiven Heizvorrichtung, Fig. 3 eine ausschnittsweise geschnittene Draufsicht auf die Mehrwellen-Schneckenmaschine der Vorrichtung in Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt durch die Mehrwellen-Schneckenmaschine entlang der Schnittlinie IV-IV in Fig. 2,

Fig. 5 eine teilweise geschnitten dargestellte Vorrichtung zur Herstellung einer Mischung aus einem metallischen Matrixmaterial und einem Zusatzstoff gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 eine vergrößerte Darstellung einer Mehrwellen-Schneckenmaschine der Vorrichtung in Fig. 5 im Bereich einer induktiven Heizvorrichtung, und

Fig. 7 eine ausschnittsweise geschnittene Draufsicht auf die Mehrwellen-Schneckenmaschine der Vorrichtung in Fig. 5.

Nachfolgend ist anhand der Fig. 1 bis 4 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung weist eine Mehrwellen-Schneckenmaschine 1 und eine Zuführeinrichtung 2 zum Zuführen eines metallischen Schüttguts S und eines Zusatzstoffs V auf. Die Schneckenmaschine 1 weist ein Gehäuse 3 aus mehreren in einer Förderrichtung 4 des metallischen Schüttguts S 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 durchdrin- gende 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 Gehäuseab- schnitt 5 ist eine Zuführöffnung 22 ausgebildet, durch die das metallische Schüttgut S und der Zusatzstoff V in die Gehäusebohrungen 1 1, 12 einführbar ist. Zur Zuführung durch die Zuführöffnung 22 ist ein Trichter 23 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 darauf angeordnete Behandlungselemente 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 Unterscheidung 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 Behand- lungselemente 32 bis 37 und 32' bis 37' eingreift.

Zum Aufschmelzen des metallischen Schüttguts S in der Heizzone 25 weist die Schneckenmaschine 1 eine induktive Heizvorrichtung 39 auf. Die in- duktive 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 Ge- häuseabschnitt 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 ausgebildet. Der Außenmantel 44 und die Innenhülse 45 begrenzen den Auf- nahmeraum 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 Kühlkanal 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 Aufschmelzen des metallischen Schüttguts S erfolgt über die Behandlungselemente 32, 32', 33 und 33'. Zur einfachen und effizienten Erwärmung sind die Behandlungselemente 33, 33' dreischichtig ausgebildet. Ei- ne innere Drehmomentübertragungs-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 Drehmomentübertragungs-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 M 3 hergestellt, wohingegen die jeweils dazwischen liegende Isolations-Schicht 58 aus einem keramischen Material M 2 hergestellt ist. Das Material Mi ist beispielsweise ein Stahl, da dieser eine geeignete mechanische Belastbarkeit aufweist. Demgegenüber ist das Material M 2 thermisch und elektrisch nicht-leitfähig und nicht- magnetisch, also elektromagnetisch transparent. Das Material M 3 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 Mate- rial M 3 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 M 4 . Das elektromagnetisch transparente Material M 4 ist nicht-magnetisch und elektrisch nicht-leitfähig. Hierdurch wird eine Erwärmung der Innenhülse 45 infolge des magnetischen Wechselfeldes der induktiven Heizvorrichtung 39 vermieden. Das Material M 4 ist vorzugsweise ein keramisches Material. Das Material M 4 ist beispielsweise ein oxidkeramisches Faser- verbundmaterial. Ein oxidkeramischer Faserverbundwerkstoff verbindet Eigenschaften von einem Metall und einer Keramik, wie beispielsweise elektromagnetische Transparenz, elektrische und thermische Isolationsfähigkeit, duktiles und nicht-sprödes Bruchverhalten, hohe Zug- und Biege- festigkeit, 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 M 4 ausgebildet. Der in dem Innenraum 50 befindliche Abschnitt der Innenhülse 45 ist ausschließlich aus dem nicht-magnetischen und elektrisch nicht- leitfähigen Material M 4 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 M 5 hergestellt. Vorzugsweise sind auch die weiteren Gehäuseabschnitte 5 und 7 bis 9 aus dem metallischen Material M 5 hergestellt. Das metallische Material M 5 ist insbesondere ein Stahl. Alternativ kann der Außenmantel 44 jedoch auch aus dem Material M 4 hergestellt sein. Hierdurch wird eine Erwärmung des Außenmantels 44 im Wesentlichen vollständig vermieden. Zur Messung einer Temperatur Τκ des metallischen Schüttguts S bzw. des metallischen Matrixmaterials S' 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 Signalverbin- dung 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 Steu- ervorrichtung 61 dient insbesondere zur Steuerung der induktiven Heizvorrichtung 39 in Abhängigkeit der gemessenen Temperatur Τκ.

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 Zuführeinrichtung 2 dient zum Zuführen des metallischen Schüttguts S und des Zusatzstoffs V durch die Zuführöffnung 22, die bezogen auf die Förderrichtung 4 stromaufwärts zu der Heizzone 25 angeordnet ist. Die Zuführeinrichtung 2 umfasst eine gravimetrische Dosiereinheit 63. Die gravimetrische Dosiereinheit 63 dient zur Dosierung des Gemischs aus dem metallischen Schüttgut S und dem Zusatzstoff V. Weiterhin umfasst die Zuführeinrichtung 2 eine Schutzgas-Zuführöffnung 64 zum Zuführen von Schutzgas G und zum Erzeugen einer Schutzgasatmosphäre. Das Schutzgas G kann beispielsweise mittels einer Schutzgas-Förder- einrichtung aus einem Schutzgas-Speicher zugeführt werden.

Die Funktionsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

Durch die Zuführöffnung 22 werden der Schneckenmaschine 1 mittels der Zuführeinrichtung 2 das metallische Schüttgut S und der Zusatzstoff V als Gemisch zugeführt. Das Zuführen in die Schneckenmaschine 1 erfolgt unter einer Schutzgasatmosphäre. Hierzu wird durch die Schutzgas- Zuführöffnung 64 ein Schutzgas G in die Zuführeinrichtung 2 eingeleitet. Das Gemisch wird mittels der gravimetrischen Dosiereinheit 63 dosiert in die Schneckenmaschine 1 zugeführt.

Die Behandlungselementwellen 13, 14 werden vor dem Zuführen des me- tallischen Schüttguts S mittels der induktiven Heizvorrichtung 39 vorgeheizt. Hierzu werden mittels der induktiven Heizvorrichtung 39 die Behandlungselemente 33, 33' erwärmt. Die Behandlungselemente 33, 33' erwärmen wiederum die Behandlungselemente 32, 32' in der Einzugszone 24.

Trifft das zugeführte Gemisch in der Einzugszone 24 auf die Behandlungselementwellen 13, 14, wird das metallische Schüttgut S sofort mittelbar durch die Behandlungselementwellen 13, 14 bzw. die Behandlungselemente 32, 32' erwärmt. Das Gemisch wird in Förderrichtung 4 zur der Heizzo- ne 25 gefördert. In der Heizzone 25 wird das metallische Schüttgut S unmittelbar mittels der induktiven Heizvorrichtung 39 erwärmt und mittelbar durch die Behandlungselementwellen 13, 14 bzw. die erwärmten Behandlungselemente 33, 33'. Spätestens in der Heizzone 25 wird das metallische Schüttgut S zumindest teilweise zu einem metallischen Matrixmaterial S' bzw. einer metallischen Matrixphase aufgeschmolzen.

Zum Aufschmelzen des metallischen Schüttguts S 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. Die induktive Heizvorrichtung 39 wird in dem ersten Frequenzbereich und/oder in dem zweiten Frequenzbereich betrieben. Vorzugsweise wird die induktive Heizvorrichtung 39 abwechselnd in beiden Frequenzbereichen betrieben, sodass unterschiedliche Eindringtiefen des magnetischen Wechselfelds 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, sodass dort die magnetische Feldstärke hoch ist. Die Behandlungselementwellen 13, 14 wirken zudem als eine Art Kern. Durch das magnetische Wechselfeld werden in den Heiz-Schichten 59 Wirbelströme induziert, die ohmsche Wirbelverluste verursachen. Zudem werden durch das magnetische Wechselfeld Ummagnetisierungsverluste 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 die Amplitude A verändert werden. Durch den intensiven Kontakt mit den Behandlungselementwellen 13, 14 wird das metallische Schüttgut S mittelbar erwärmt.

Entsprechend werden in dem metallischen Schüttgut S bzw. in dem metallischen Matrixmaterial S ' Wirbelströme induziert, die ohmsche Wirbelstromverluste verursachen. Weiterhin werden durch das magnetische Wechselfeld Ummagnetisierungsverluste in dem metallischen Schüttgut S bzw. dem metallischen Matrixmaterial S' verursacht. Die ohmschen Wirbelstromverluste und die Ummagnetisierungsverluste führen zu einer Erwärmung und zu einem Aufschmelzen des metallischen Schüttguts S bzw. nach dem Aufschmelzen zu einer weiteren Erwärmung des metallischen Matrixmaterials S'. Die Erwärmung kann über die Frequenz f und/oder über die Amplitude A verändert werden. Das metallische Schüttgut S bzw. das metallische Matrixmaterial S' wird bis auf eine Temperatur Τκ aufgeheizt.

Da die Innenhülse 45 ausschließlich aus dem elektromagnetisch transparenten Material M 4 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 be- reitgestellte Energie wird somit einfach und effizient in das metallische Schüttgut S 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 wird mittels des Temperatur-Messsensors 60 gemessen und der Steuervorrichtung 61 zuge- führt. Die Steuervorrichtung 61 vergleicht die Temperatur Τκ mit einer vordefinierten Soll-Temperatur Ts, die vorzugsweise oberhalb der

Schmelztemperatur des metallischen Schüttguts S liegt. Liegt die Temperatur TK unterhalb der Soll-Temperatur Ts, steuert die Steuervorrichtung 61 die Energieversorgungseinrichtung 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 TK ZU hoch ist. Da durch den Leiter 51 der Spule 40 ein hoher Strom Is fließt, muss der Leiter 51 bei Bedarf gekühlt werden. Hierzu pumpt die Kühleinrichtung 42 mittels der Kühlmittelpumpe 56 ein Kühlmittel, insbesondere Wasser durch den Kühl- kanal.

In der Homogenisierungszone 26 wird das metallische Matrixmaterial S' und der Zusatzstoff V zu einer Mischung W homogenisiert. Bei Bedarf werden die Gehäuseabschnitte 7, 8 in der Homogenisierungszone 26 ge- kühlt, indem ein Kühlmittel, insbesondere Wasser, durch die Kühlkanäle 62 gepumpt wird. In der Druckaufbauzone 27 wird der Druck der Mischung W erhöht. Die Mischung W wird anschließend durch die Austrags- öffnung 29 ausgetragen.

Das metallische Schüttgut S ist pulverförmig und/oder granulatförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist das metallische Schüttgut S ein Leichtmetall oder eine Leichtmetall-Legierung. Beispielsweise ist das Leichtmetall Magnesium oder Aluminium. Durch die Schutzgasatmosphäre wird bei Leichtmetall eine unerwünschte und gefährliche chemische Reaktion vermieden. Der Zusatzstoff V ist partikelförmig und/oder faserförmig ausgebildet. Der Zusatzstoff V ist insbesondere ein Verstärkungsstoff und/oder ein Füllstoff. Beispielsweise ist der Zusatzstoff V als Verstärkungsfasern ausgebildet.

Dadurch, dass die Energie mittels der induktiven Heizvorrichtung 39 direkt und mit hoher Energiedichte in das metallische Schüttgut S bzw. das metallische Matrixmaterial S' eingebracht wird, kann die Temperatur Τκ genau eingestellt und gehalten werden, so dass das metallische Matrixmaterial S' in dem gewünschten thixotropen Zustand gehalten wird. Da die Wärme direkt in dem metallischen Schüttgut S bzw. dem metallischen Matrixmaterial S' entsteht und/oder von den Behandlungselementwellen 13, 14 auf das metallische Schüttgut S bzw. das metallische Matrixmaterial S' übertragen wird, kann die thermische Isolierung der Schneckenmaschine 1 einfach und kostengünstig ausgeführt werden, da im Vergleich zum Stand der Technik die Wärme nicht von außen nach innen geleitet werden muss.

Durch die Schneckenmaschine 1 wird in einfacher und effizienter Weise Energie in das metallische Schüttgut S bzw. das metallische Matrixmaterial S' eingebracht. 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 Schnecken- maschine 1 möglich. Die induktive Heizvorrichtung 39 weist bezogen auf eine Gesamtleistung der Schneckenmaschine 1 insbesondere eine Heizleistung 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 f betrieben werden. Hierdurch können unterschiedlich entfernte Bereiche erwärmt werden, wie beispielsweise das metallische Schüttgut S selbst und die Behandlungselementwellen 13, 14.

Die Behandlungselemente 33, 33' sind beispielsweise aus einem Ver- bundmaterial. Das Verbundmaterial wird insbesondere durch Sintern oder Flammspritzen hergestellt. Verfahren zur Herstellung derartiger Verbund- materialen bzw. Verbundkörper sind bekannt.

Nachfolgend ist anhand der Figuren 5 bis 7 ein zweites Ausführungsbei- spiel der Erfindung beschrieben. Im Unterschied zu dem ersten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung eine erste Zuführeinrichtung 2 zum Zuführen des metallischen Schüttguts S und eine zweite Zuführeinrichtung 76 zum Zuführen des Zusatzstoffs V auf. Der Zusatzstoff V wird stromabwärts der Heizzone 25 mittels einer Zuführ- Schneckenmaschine 65 durch eine zweite Zuführöffnung 66 in die Gehäusebohrungen 1 1, 12 zugeführt. Die Zuführ-Schneckenmaschine 65 weist ein Gehäuse 67 auf, in dem zwei Gehäusebohrungen 68, 69 ausgebildet sind. In den Gehäusebohrungen 68, 69 sind zwei Schneckenwellen 70, 71 angeordnet, die einander dicht kämmend ausgebildet sind. Die Schneckenwellen 70, 71 werden mittels eines Antriebsmotors 72 über ein Verzweigungsgetriebe 73 gleichsinnig drehangetrieben. In die Gehäusebohrungen 68, 69 mündet eine Zuführleitung 74, die eine Schutzgas-Zuführöffnung 75 aufweist. Der Zusatzstoff V wird dem metallischen Matrixmaterial S' somit stromabwärts der Heizzone 25 mittels der zweiten Zuführeinrichtung 76 zugeführt. Die Zuführ-

Schneckenmaschine 65 ist vorzugsweise als Seiten-Beschickungsmaschine ausgebildet, also seitlich zu der Schneckenmaschine 1 angeordnet.

Der Heizzonen-Gehäuseabschnitt 6 weist im Gegensatz zu dem ersten Aus- führungsbeispiel 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, so dass diese die Flansche 10 ausbilden. Die Außenteile 44 sind mittels Gewindestangen 77 miteinander auf Abstand verschraubt. Weiterhin sind die Außenteile 44 mittels der Gewindestangen 77 mit den benachbarten Gehäuseabschnitten 5 und 7 verschraubt. Der Aufnahmeraum 43 ist somit nach außen teilweise offen. Zwischen den Gewindestangen 77 werden die Durchgangsöffnungen 53, 54 für den Leiter 51 ausgebildet. Der Zusatzstoff V wird unter Schutzgasatmosphäre der Zuführ-

Schneckenmaschine 65 zugeführt und mittels dieser in das in den Gehäusebohrungen 13, 14 befindliche metallische Matrixmaterial S' zugeführt. In der Homogenisierungszone 26 wird in der beschriebenen Weise die Mischung W hergestellt. Hinsichtlich des weiteren Aufbaus und der weiteren Funktionsweise wird auf das erste Ausführungsbeispiel verwiesen.

Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind beliebig miteinander kombinierbar.