Die Erfindung betrifft die Ausgestaltung von Vorrichtungen mit denen Schüttgüter wärmebehandelt werden können. Darüber hinaus wird ein vorteilhaftes Verfahren zum Trocknen von Schüttgut aufgezeigt.

Es sind vielfältige technische Variationen zu Förderern mit Schnecken bekannt, die Aufgaben zur Wärmebehandlung lösen. Ebenso sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt, mit denen eine Wärmebehandlung unter Eintrag von Wärmestrahlung unter kon¬ tinuierlichem Transport auch von Schüttgütern erfolgt. Die hierbei zur Anwendung gelangenden Transportvorrichtungen arbei¬ ten nach den Prinzipien der Band-, Ketten- oder Schwingförde¬ rung (nach DIN 15 201).

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wärmebehandlung mit Tiefenwirkung von Schüttgütern maschinen¬ technisch im kontinuierlichen Betrieb so zu ermöglichen, daß eine gezielte und schnelle Temperierung der Schüttgüter in möglichst exakt einzuhaltenden Temperaturbereichen zu möglichst kurzen Prozeßzeiten erfolgen kann. Die Wärmebehandlung kann dabei zum Trocknen und/oder zur gezielten Änderung weiterer physikalischer oder chemischer Stoffeigenschaften dienen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zum Transport des Schüttgutes das Prinzip der Förderung mit Schnecken genutzt wird und der Wärmeeintrag zur Temperierung des Fördergutes durch Wärmestrahlung während des Transportes in Schnecken- oder Schneckenrohrförderer erfolgt.

Dadurch können insbesondere folgende anwendungsspezifische Vorteile der Schneckenförderung erschlossen werden:

Durch die auf Schub beruhende Förderung erfolgt im all¬ gemeinen Fall im Bereich des Kontaktes des Fördergutes mit der schubwirksamen Schneckenflanke eine Umwälzung des Materiales . Dieser Umwälzungseffekt ist bei Schneckenrohr- förderern besonders ausgeprägt, da hier zusätzlich die Trogwand bewegt ist. Durch diese Umwälzung wird eine gleichmäßige Bestrahlbarkeit des Fördergutes mit Wärme¬ strahlung und somit eine gleichmäßige Temperierung unter¬ stützt. - Durch eine zonenartige konstruktive Auslegung entsprechen¬ der Schneckenförderer können auch dem eigentlichen Tempe¬ rierprozeß vor- oder nachgeschaltete Prozeßschritte ma¬ schinentechnisch in einer Einheit verbunden werden. So ist z.B. eine möglichst exakte gleichmäßige Beschickung der Temperierstrecke bei allen Temperierverfahren anzustreben. Beim Konzept der Vibrationsförderung wird dies beispiels¬ weise durch die Vorschaltung einer Zellradschleuse (vgl. GB-A-1 313 203) ermöglicht. Neben einer fachmännisch zu realisierenden Dosierzone werden im weiteren Verlauf der Beschreibung noch andere für die Aufgabe vorteilhafte Schneckenzonen beschrieben.

Zu den anwendungsspezifischen Vorteilen einer Temperierung durch Wärmestrahlung zählen insbesondere:

Schneller Wärmeübertrag in das Schüttgut

Tiefenwirksamkeit der Wärmestrahlung, d.h. daß das Schütt¬ gut zumindest anteilig in seinem Inneren erwärmt wird.

Dieser Vorteil der Wärmestrahlung wird beispielsweise in der Kunststofftechnik vielfältig genutzt, da die prinzipiell schlecht wärmeleitenden Kunststoffe so durch Überwindung der

Hemmnisse zur Wärmekonvektion schnell temperiert werden können.

Durch die erfindungsgemäße Kombination der Prinzipien der Schneckenförderung mit dem Wärmeübertrag durch Wärmestrahlung werden zahlreiche Aufgabenstellungen in der Temperiertechnik vorteilhaft lösbar.

Die Erfindung wird in schematischen Zeichnungen in verschiede¬ nen Ausführungsmöglichkeiten gezeigt, wobei aus den Zeichnungen weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung entnehmbar sind und die gezeigten Einzellösungen für Funktionen und einzelne erfindungsgemäße Lösungen in vorteilhaften Kombinationen zur Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades ausführbar sind.

Es zeigen Figur la bis le im Querschnitt verschiedene Anord¬ nungsmöglichkeiten der Infrarotstrahler ( IR-Strahler) in Bezug auf die Schnecke. Die Schnecke ist in den Figuren beispielhaft als Vollschnecke ausgeführt. Andere Schneckenformen wie z.B. Schneckenband, Paddelschnecke o.a., die teilweise den Vorteil mit sich bringen, daß die IR-Strahlung zum Fördergut weniger abgedeckt wird, sind auch ausführbar.

In Figur la ist eine Trogschnecke dargestellt. Die flächenhaf- ten-IR-Strahler in gebogener Ausführung 5 sind im Winkel zwi¬ schen dem oberen Teil der Trogschnecke 3 und der in der Regel abnehmbaren Abdeckung 4 angebracht. Die Wände des Schnecken- troges und die Schnecke selber werden zweckmäßigerweise IR-re- flektierend beschichtet oder aus IR-reflektierendem Material wie z.B. Aluminium hergestellt, um den Anteil an im Material wirksamer IR-Strahlung innerhalb der Materialschüttung zu erhöhen.

In Figur lb sind als IR-Strahler stabförmige Elemente 6 an gleicher Stelle wie in Figur la angebracht. In dieser Figur wird auch gezeigt, daß stabförmige IR-Strahler 6 z.B. im Inne¬ ren der Schneckenwelle der Schnecke 2 angebracht werden können, sofern die Welle hohl ist und entsprechende Öffnungen zum Auslaß der IR-Strahlung angebracht werden, damit das Fördergut durch die IR-Strahlung beaufschlagt wird.

In Figur lc werden die IR-Strahler 6 im Brennpunkt eines Re- flektors 7 angebracht, um die Abstrahlung optimal auf das Fördergut zu fokussieren und die Schneckenwelle soweit als möglich, aus dem direkten Strahlungsbereich herauszuhalten.

In Figur ld wird als Schneckengehäuse ein Rohrmantel 9 ausge¬ führt. In den Mantel werden Fenster z.B. aus IR-durchlässigem Quarzglas eingesetzt, hinter denen IR-Strahler 8 montiert werden. Die Fenster können bei doppelwandiger Ausführung von einem Kühlmedium durchströmt werden, welches auch IR-durch- lässig ist (z.B. Luft), um ein übermäßiges Aufheizen der Fen¬ ster zu verhindern. Die Fenster können sowohl oberhalb als auch unterhalb des Füllstandes des Fördergutes angebracht werden.

Figur le zeigt eine kämmende Doppelschnecke 10 als Förderele¬ ment. Die IR-Strahler 6 sind hier unter der Abdeckung der Trogschnecke angebracht.

In Figur lf wird eine Heizwicklung 11 als ergänzendes Element zur Temperierung des Fördergutes gezeigt. Die Heizwicklung kann z.B. elektrisch oder durch Dampf, Öl, Wasser oder andere wärme¬ tragende Medien beheizt werden. Die Heizwicklung 11 kann Teile des Schneckengehäuses 1 oder auch den Rohrmantel 9, wie in Figur ld gezeigt, bedecken. Die Wärmeenergie für die Heizwick- _s lung 11 kann z.B. auch teilweise durch Nutzung von Abwärme aus Abkühlbereichen weiterer eventueller Verfahrensschritte gewon¬ nen werden. Eine Wärmekopplung mit anderen, räumlich benach¬ barten Anlagen kann ebenso sinnvoll sein.

Erfindungsgemäß kann eine auf Förderern mit Schnecken basieren¬ de Temperierstrecke eingangsseitig mit einer sogenannten Ein¬ zugs- und Dosierzone der gleichen Schnecke gekoppelt werden. Aus einem einfachen Bevorratungsbehältnis (Silo o.a.) wird das Material über einen Trichter einer zunächst als Vollschnecke ausgeführten Schnecke zugeführt. Die Einzugszone wird hinsicht¬ lich des Gangvolumens so ausgeführt, daß exakt die Materialmen¬ ge aufgenommen wird, die im weiteren Verlauf der Schnecke, in der sogenannten Temperierzone als Füllgrad erwünscht ist. In der sich der Einzugszone anschließenden Dosierzone wird das Gangvolumen so erweitert, daß sich zu Beginn der Temperierzone der gewünschte Füllgrad ergibt. Diese in Figur 2 gezeigte Ausführungsmöglichkeit der Erfindung wird beispielhaft an einem Schneckenförderer dargestellt. Ein Schneckenrohrförderer ist

ebenso einsetzbar, wobei die Materialaufgabe dabei axial er¬ folgt. Das zu behandelnde bereits zerkleinerte Material wird in die Materialaufgabe 20 eingefüllt. Eine optionale Zerkleine¬ rung kann unmittelbar nach der Materialaufgabe 20 und vor der Einzugszone in einem Zerkleinerer mit einem nachgeschalteten Pufferraum stattfinden. Von dort gelangt es in die Einzugszone der auf der Antriebswelle 22 angebrachten Schnecke. Die An¬ triebswelle 22 treibt im vorliegenden Beispiel die Schnecke mit drei unterschiedlichen Funktionszonen mit derselben Drehzahl an. Durch die verschiedenen Schneckenausführungen und Steigun¬ gen 23, 24, 25 in den einzelnen Zonen werden je nach Bereich, in dem sich das Material befindet, verschiedene Fördergeschwin¬ digkeiten erreicht und damit verschiedene Aufgaben erfüllt. Aus der Einzugszone 23 gelangt das Material in die Dosierzone 24, in der durch entsprechende Ausführung der Schnecke bezüglich Steigung und Geometrie und Drehzahl der Antriebswelle 22 si¬ chergestellt wird, daß nur nach oben streng begrenzte Mengen Material in die Temperierzone 25 gelangen und der Füllungsgrad Φ so eingestellt wird, daß der unten beschriebene Träger für Installation 27 in jedem Fall frei von Material gehalten wird. Dies wird bei Φ=0,02-0,15 mit hoher Sicherheit erreicht. In der Temperierzone 25, die hier mit einem Schneckenband als Aus¬ führung der Schnecke gewählt wurde, um das Material weitgehend ohne Abschirmung durch Schneckenteile der IR-Strahlung aus- setzen zu können und um die Beaufschlagung der Förderelemente durch Strahlungswärme aufgrund der kleineren Fläche der Förder¬ elemente möglichst gering zu halten, ist ein Träger für die Installation 27 der Infrarotstrahler 28 angebracht. Der Träger 27 kann, wie hier angedeutet, nur einseitig im Festlager 33 gelagert werden, aber auch, je nach Länge und Ausführung beid¬ seitig wie hier auch beispielhaft mit einem auf der Welle 22 mitlaufenden Lager 32 gezeigt oder auch mehrfach gelagert werden. Die Höhe des Trägers 27 über dem Material bzw. dem jeweiligen tiefsten Punkt des Schneckenmantelrohres 26 wird verstellbar vorgesehen, um die Intensitätsabstimmung der IR- Strahlung der aus den IR-Strahlern 28 emittierten Strahlung auf das jeweilige Material zu ermöglichen. Diese Einstellung auf das zu behandelnde Material kann einmalig bei der Inbetriebnah-

me der Vorrichtung erfolgen oder alternativ kontinuierlich über einen berührungslos messenden Temperatursensor 34 bspw. au¬ ßerhalb des Schneckenmantelrohrs 26 angebracht und über ein Fenster messend oder auch bspw. am Träger 27 angebracht, der die Temperatur des Materials mißt. Mit dem Meßsignal kann bspw. die Höhe des Trägers oder eine andere, zur Regelung der im Material wirksamen IR-Strahlungsintensität nutzbare Stellgröße (wie Strahlertemperatur, Anzahl der eingeschalteten Strahler usw. ) so beeinflußt werden, daß die Temperierung den Sollvor- gaben entspricht. Die Versorgungsleitungen für die Installatio¬ nen auf dem Träger werden z.B. durch eine feste oder flexible Führung vom Träger zum Maschinengestell geführt.

Das zu behandelnde Material wird durch die Temperierzone 25 transportiert und durchläuft dabei die Behandlung, schematisch als teilweise behandeltes Material 29 und weitgehend behandel¬ tes Material 30 dargestellt. Über eine Auslaßrutsche 31 kann z.B. das Material in einen nächsten Verfahrensschritt übergeben werden. Eine Variation des Schneckenbandes 35 kann darin beste- hen, daß das Band aus Hohlmaterial besteht, durch das ein wärmetragendes Medium z.B. im Kreislauf geführt wird, um die Schnecke selber stabil zu temperieren und um als zusätzlichem Effekt das zu behandelnde Material mit zu erwärmen oder auch gegebenenfalls zu kühlen. Für die Schneckenteile im Dosierbe- reich 24 und im Einzugsbereich 23 gilt die gleiche Möglichkeit.

Die Darstellung der Figur 2 mit einem geschlossenen Schnecken¬ mantelrohr 26 ermöglicht auch vorteilhaft eventuell entstehende Emissionen (z.B. Stäube, Gerüche, etc.) mit der erwärmten Luft bei der Behandlung über z.B. die Materialaufgabe 20 abzusaugen und in nachgeschalteten Filtern zurückzuhalten oder aber wie bspw. gezeigt im Schneckeneingangsbereich abgesaugt 36 und einer Förder- und Filtereinheit 37 zugeführt werden, die Luft kann dabei optional gefiltert ins Freie 39 abgegeben oder über eine Luftkreislaufführung weitgehend wieder zur Temperierung des Materials in der Temperierzone 25 genutzt werden und somit zu einem sparsamen Energieeinsatz beitragen. Dabei kann vor¬ teilhaft die bei der Absaugung mittransportierte Wärme im

Aufgabebereich 20 sowie in der Einzugs- 23 und Dosierzone 24 zur Vorwärmung des Materials genutzt werden. Ebenso wie die Emissionsabsaugung 36, 37 kann fachmännisch einfach Unter- oder Überdruck am Prozeßraum angelegt werden.

Für bestimmte Anwendungsfalle können entsprechende Vorrichtun¬ gen erfindungsgemäß ausgangsseitig mit einer zusätzlichen Abkühlzone, optional auf gleicher Ebene im gleichen Förder¬ element, gekoppelt werden.

Am Beispiel der Trocknung von Kunststoffgranulaten werden nachfolgend die erfindungsgemäß erschlossenen Vorteile ver¬ deutlicht. Ähnliche Vorteile ergeben sich auch bei der Behand¬ lung anderer Schüttgüter, wie Futtermitteln und vielen mehr.

Die Aufgabe der Trocknung von Kunststoffgranulaten stellt sich in der Aufbereitung vor einer Plastifizierung. Bei der herkömm¬ lich angewandten Trocknung wird ausnahmslos mittels Konvek- tionswärme beispielsweise in Umluftverfahren gearbeitet. Die notwendige Prczeßdauer wird dabei durch folgende Effekte be¬ stimmt:

Das Granulatkorn wird von außen nach innen erwärmt. Zum weitestgehenden Austrieb der Feuchtigkeit muß das gesamte Granulatkorn durchwärmt sein. Die geringe Wärmeleitfähig- keit der Kunststoffe bestimmt maßgeblich die Dauer für die notwendige Durchwärmung des gesamten Kornes. Die Erwärmung der äußeren Schichten des Granulatkornes führt in diesen Bereichen zu einem schnellen Austrieb von Feuchtigkeit. Dadurch werden in den Dimensionen der mole- kularen Überstrukturen zunächst Freiräume geschaffen. Diese Freiräume werden wiederum durch die besonders in der Wärme stattfindenden Relaxation der elastischen Polymermo¬ leküle geschlossen. Dadurch wird die Diffusion von noch im kühleren Kern des Granulatkernes vorhandener Feuchtig- keit zunehmend behindert. Somit wird die Prozeßgeschwin¬ digkeit zum Austreiben der Feuchtigkeit insbesondere aus dem Inneren des Granulatkornes negativ beeinflußt.

Die Trocknung eines Kunststoffgranulates durch Wärmestrahlung überwindet die beiden oben aufgezeigten geschwindigkeitsbestim¬ menden Effekte aufgrund der Tiefenwirksamkeit derart, daß überraschend geringere Prozeßzeiten für die Trocknung resultie- ren. Prinzipiell sind alle Arten der Förderung, die eine Beauf¬ schlagung des Kunststoff-Schüttgutes mit Infrarotstrahlung gestatten, geeignet, eine vorteilhaft schnelle Trocknung her¬ beizuführen. So können auch Schwing- oder Bandförderer einge¬ setzt werden. Durch die erfindungsgemäße Koppelung mit der Schneckenförderung wird die gleichmäßige Bestrahlung des Schüttgutes gewährleistet. Als Nebeneffekte der Schneckenförde¬ rung ergeben sich neben der kontinuierlichen Prozeßführung die Kopplungsmöglichkeiten mit weiteren Prozeßschritten der ein- und ausgangsseitigen Dosierung sowie die einfache Ausführbar- keit der Kapselung des Prozeßraumes zur Erfassung von Emissio¬ nen und zum Anlegen eines gegebenenfalls vorteilhaften Unter¬ druckes .

Bezugszeichenliste

1 Schneckengehäuse, unterer Teil

2 Schnecke 3 Schneckengehäuse, oberer Teil der Trogschnecke

4 Abdeckung der Trogschnecke

5 Infrarotstrahler, gekrümmte Ausführung

6 Infrarotstrahler, stabförmige Ausführung

7 Reflektoren 8 Infrarotstrahler, flache oder nur leicht gekrümmte Aus¬ führung

9 Schneckengehäuse, Ausführung als Rohrmantel

10 kämmende Doppelschnecke

11 Heizwicklung 20 Materialaufgabe

21 aufgegebenes Material

22 Antriebswelle der Schnecke

23 Einzugszone

24 Dosierzone 25 Temperierzone

26 Schneckertmantelrohr

27 Träger für Installation

28 Infrarotstrahler

29 teilweise behandeltes Material 30 weitgehend behandeltes Material

31 Auslaßrutsche

32 auf Welle (22) mitlaufendes Lager, Lagerhöhe einstellbar

33 Festlager, Lagerhöhe einstellbar

34 berührungslos messender Temperatursensor 35 Schneckenband

36 Abluftabsaugung oder auch Druckbeaufschlagung

37 Förder- und Filtereinheit oder auch Vakuumpumpe bzw. Kompressor

38 Luftkreislaufführung 39 Abluft ins Freie