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Title:
DEVICE FOR HEATING A MELTABLE MATERIAL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/000407
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for heating a meltable material, such as plastic, before it enters a processing installation, such as a casting or extrusion installation. The inventive device comprises a conveying channel (1) for the material and a heating disposed outside said conveying channel. Said heating (5) is configured as a radiating heating system, whose radiation is directed towards the conveying channel (1). The invention is further characterized in that the conveying channel (1) consists of a material that completely or partially absorbs the radiation.

Inventors:
BOEHNKE CHRISTIAN (DE)
Application Number:
PCT/DE2001/002335
Publication Date:
January 03, 2002
Filing Date:
June 28, 2001
Export Citation:
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Assignee:
HENGST WALTER GMBH & CO KG (DE)
BOEHNKE CHRISTIAN (DE)
International Classes:
B29B13/02; F27B5/04; F27B5/14; F27B17/00; F27D3/08; F27D7/06; F27D11/02; B29C35/08; (IPC1-7): B29B13/02
Foreign References:
US3218430A1965-11-16
DE1955598A11971-05-19
US3413441A1968-11-26
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 322 (M - 440) 18 December 1985 (1985-12-18)
Attorney, Agent or Firm:
HABBEL & HABBEL (Am Kanonengraben 11 Münster, DE)
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Claims:
Patentansprüche :
1. Vorrichtung zum Erwärmen von schmelzfähigem Material, wie Kunststoff, vor einer Weiterverarbeitungsanlage, wie in einer Gieß oder Extrusionsanlage, mit einem Förderkanal für das Material und mit einer außerhalb des Förderkanals angeordneten Heizung, wobei die Heizung als Strahlungsheizung ausgestaltet ist, und wobei die Strahlung auf den Förderkanal gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (1) aus einem Material besteht, wel ches die Strahlung ganz oder teilweise absorbiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (1) als Rohr ausgestaltet ist und die Strahlung von radial außen auf das Rohr gerichtet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Heizung (4) vom Förderkanal (1) beab standet ist und zwischen dem Förderkanal (1) und der Hei zung (4) eine strahlungsdurchlässige Trennwand angeord net ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, die Trennwand als thermische Barriere ausgestaltet ist, derart, dass die Temperatur auf der Seite der Trennwand, wo die Heizung (4) angeordnet ist, geringer ist als auf der Seite der Trennwand, wo der Förderkanal (1) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet dass die Trennwand für die von der Heizung (4) auftreffen de Strahlung stark durchlässig ist und/oder für die vom Förderkanal (1) reflektierte Strahlung stark reflektierend ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (4) ringoder wendelförmig um den Förderkanal (1) verläuft.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung (4) zwei oder mehrere, separat in ihrer Heizleistung beeinflußbare Ab schnitte aufweist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderkanal (1) in ei nem Gehäuse (7) angeordnet ist, in dem eine die Bestän digkeit des Förderkanals (1) unterstützende Atmosphäre herrscht, wie mittels Vakuum oder Inertgas.
9. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, dass die Trennwand oder das Gehäuse (7) aus Quarzglas besteht.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Refiektoren (6), welche die Strahlen der Heizung (4) auf den Förderkanal (1) lenkend angeord net sind.
Description:
"Vorrichtung zum Erwärmen von schmelzfähigem Material" Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Aus sowohl der Metall verarbeitenden als auch der Kunststoff verarbeitenden Industrie ist es bekannt, Aufschmelz-, Warmhal- te-oder Fördereinrichtungen zu beheizen, indem Heizelemente den jeweiligen Gehäusen anliegend angeordnet sind. Diese Be- heizungsart ist grundsätzlich vorteilhaft, da die Wärmeübertra- gung durch direkte Kontaktierung, also durch Wärmeleitung, sehr effizient ist.

In der Praxis treten jedoch häufig Probleme dadurch auf, daß je nach den thermischen Ausdehnungsverhältnissen Spalte zwi- schen den Heizelementen und den jeweiligen Gehäusen entste- hen können, wodurch die Wärmeleitfähigkeit von den Heizele- menten auf die Gehäuse erheblich beeinträchtigt wird. Zudem können je nach dem erreichten Temperaturniveau Oxidationser- scheinungen am Gehäuse oder an der Oberfläche der Heizele- mente auftreten, wobei derartige Oxidschichten die Wärmeleit- fähigkeit ebenfalls erheblich beeinträchtigen können.

Abgesehen davon, daß aufgrund der geschilderten Nachteile der Wirkungsgrad der Heizung verschlechtert werden kann, wird die Steuerbarkeit der Heizleistung, also die Möglichkeit, im zu be- heizenden Material eine gewünschte Temperatur einzustellen, durch die vorgenannten Nachteile ebenfalls beeinträchtigt, so daß ggf. die gesamte Prozeßführung und damit die Ergebnisse einer nachgeschalteten Anlage verschlechtert werden kann.

Aus der US 4,600,375 ist es bekannt, eine gattungsgemäße Aufschmelz-, und Fördereinrichtung mittels Wärmestrahlung zu beheizen. Dabei wird Harz in einem Glasrohr aufgeschmolzen.

Da das Glasrohr für die Wärmestrahlung transparent, also durchlässig ist, wirkt die Wärmestrahlung direkt auf das zu er- wärmende Harz ein. Für die Verarbeitung von Metallen ist diese gattungsgemäße Vorrichtung nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß diese auch zum Aufschmelzen von Metall verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelost.

Die Erfindung schlägt mit anderen Worten überraschend vor, auch bei Verwendung einer Strahlungsquelle als Heizeinrichtung das aufzuschmelzende Material nicht direkt, mittels durch den Förderkanal hindurchgehender Strahlung zu beheizen, sondern indirekt. Hierzu absorbiert der Förderkanal die Strahlung ganz oder zumindest teilweise, so dass eine Erwärmung des Materials nicht-oder nicht nur-direkt durch die Strahlung erfolgt, son- dern durch die Wärmeabgabe vom Förderkanal zum Material.

Die Strahlungsabsorption bewirkt eine Vergleichmäßigung des Wärmeeintrags in das Metall, denn auf das Metall auftreffende Strahlung, wie bei einer unmittelbaren Strahlungsbeheizung, kann möglicherweise zu einem unerwünscht hohen Anteil reflek- tiert werden, was den Wirkungsgrad des Heizvorgangs beein- trächtigen würde. Zudem kann der Förderkanal, da er nicht strahlungstransparent ist, problemlos aus einem Material beste- hen, welches im Gegensatz zu Glas auch bei höheren Tempera- turen nicht mit dem Metall bzw. der Metallschmelze reagiert und verschleißt.

Die Beheizung des Förderkanals erfolgt ihrerseits über Strah- lungsenergie, welche durch Vermeidung der eingangs genann- ten Nachteile wie Spalten-oder Schichtenbildung vorteilhaft ist.

Dabei kann beispielsweise eine Strahlung mit infraroter Wellen- länge oder mit einer dem Infrarot nahe benachbarten Wellenlän- ge Verwendung finden. Die trägheitslose weil masselose Wär- meübertragung in der Form einer Wärmestrahlung ermöglicht zudem eine schnelle und präzise Beeinflussung der Temperatur.

Die Heizelemente können z. B. als Heizdraht, als Entladungs- lampe oder anderweitig, an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepasst, geeignet ausgebildet sein Da der Förderkanal strahlungsabsorbierend ist, erwärmt er sich und beheizt auf diese Weise das zu fördernde und zu beheizen- de Gut. Ebenfalls kann das Material des Förderkanals so ge- wähit sein, daß sowohl eine teilweise Strahlungsdurchlässigkeit als auch eine teilweise Strahlungsabsorption erreicht wird, bei- spielsweise um auf diese Weise ein Material von besonders ho- her mechanischer Beanspruchbarkeit verwenden zu können.

Die Heizung ist"außerhalb"des Förderkanales angeordnet, wo- bei hiermit eine Trennung zwischen der Heizung einerseits und dem zu fördernden und zu beheizenden Gut andererseits ge- meint ist. Beispielsweise bei einer kreisförmigen Geometrie der Vorrichtung muß dies jedoch nicht notwendigerweise die Anord- nung radial außen von dem Förderkanal bedeuten.

Vorteilhaft kann der Förderkanal als Rohr ausgestaltet sein, das zu fördernde Material also ringsum umgeben, so daß das Mate- rial von unerwünschten äußeren Einflüssen weitgehend abge- schirmt ist. Die Strahlungsheizung kann vorteilhaft rings um ein solches Rohr angeordnet sein, um allseitig auf den Förderkanal einzuwirken und so eine intensive, allseitige und gleichmäßige Erwärmung des zu erwärmenden Materials zu ermöglichen. Ge- genüber einer ebenfalls denkbaren Geometrie des Förderkanals mit einem Ringquerschnitt, bei dem die Heizung im Inneren die- ses Ringquerschnittes angeordnet ist, ergibt sich bei einer radial von außen einwirkenden Heizung eine größere Oberfläche, auf welche die Heizstrahlen einwirken können, so daß die Übertra- gung großer Heizleistungen begünstigt wird. Ggf. kann sowohl innerhalb als auch außerhalb dieses Ringquerschnittes die Hei- zung angeordnet sein, um eine besonders starke Energieein- strahlung zu ermöglichen.

Vorteilhaft kann eine Trennwand zwischen der Heizung und dem Förderkanal vorgesehen sein, die für die Wärmestrahlung durch- Jässig ist, also die Beheizung des Förderkanales nahezu unge- hindert ermöglicht, die aber eine Konvektion verhindert, also die Wärmeübertragung durch Bewegungen von Luft oder Gas. Auf diese Weise kann eine möglichst kühl gehaltene Zone geschaf- fen werden, in der die Heizkörper, also die Strahlungsquellen, angeordnet sind, so daß deren Überhitzung zuverlässig vermie- den werden kann. Gleichzeitig kann durch die Trennwand die Wärmeintensität im Bereich des Förderkanales auf einem mög- lichst hohen Niveau beibehalten werden.

Ein anderer Anwendungszweck der Trennwand kann darin be- stehen, im Bereich des Förderkanales oder im Bereich der Strahlungsquellen eine bestimmte Atmosphäre einzustellen, die für die mechanische bzw. thermische Beständigkeit des Förder- kanales bzw. der Strahlungsquellen besonders vorteilhaft ist, so daß diese jeweiligen Bauteile mit einer besonders hohen Le- bensdauer betrieben werden können.

Um das Temperaturniveau im Bereich des Förderkanales mög- lichst hoch zu halten und damit Wärmeverluste zu vermeiden, kann die Trennwand vorteilhaft einseitig strahlungsdurchlässig und in einer anderen Richtung reflektierend sein, angepaßt an die jeweiligen Wellenlängen, mit der die Strahlung einerseits von den Heizquellen kommt und andererseits vom Förderkanal bzw. vom zu beheizenden Materia ! zurückgestrah ! t wird. So kann die Strahlung zunächst möglichst ungehindert die Trennwand pas- sieren und wird anschließend als Rückstrahlung möglichst voll- ständig von der Trennwand zurückgehalten und in den Bereich des Förderkanales bzw. des Materials reflektiert.

Vorteilhaft kann die Heizung ring-oder wendelförmig um den Förderkanal verlaufen. Gegenüber anderen, beispielsweise mäanderrförmigen Verläufen ergibt sich so eine möglichst gleichmäßige Strahlungsverteilung und damit eine gleichmäßige Temperaturverteilung.

Vorteilhaft kann die Heizung abschnittsweise unterschiedlich beheizt werden, um über die Länge des Förderkanales den Heizbedarf anzupassen, beispielsweise um zunächst Auf- schmelzzonen und anschließend Warmhaltezonen für bereits aufgeschmolzenes Material innerhalb des Förderkanales zu er- möglichen.

Vorteilhaft kann der Förderkanal insgesamt in einem geschlos- senen Gehäuse angeordnet sein. Auf diese Weise kann inner- halb dieses Gehäuses eine Atmosphäre eingestellt werden, bei- spielsweise durch Evakuierung des Gehäuses durch Inertgas od. dgl., die eine optimale Beständigkeit des Förderkanales sicherstellt, wobei unter Beständigkeit hier insbesondere auch die Oberflachenausgestaltung des Förderkanales verstanden ist, so daß deren, die Strahlungswärme optimal aufnehmende Ei- genschaften möglichst zuverlässig und über eine lange Lebens- dauer des Förderkanales beibehalten werden können. Dieses Gehäuse kann bei Verwendung eines entsprechend geeigneten Materials gleichzeitig auch die Funktionen der vorerwähnten Trennwand aufweisen.

Die Trennwand bzw. das erwähnte Gehäuse können vorteilhaft aus Quarzglas hergestellt sein, da dies für viele Anwendungsfäl- le eine vorteilhaft gute Temperaturbeständigkeit und gleichzeitig eine vorteilhaft gute Durchlässigkeit für die Wärmestrahlung bie- tet. Um die gewünschten Reflexionseigenschaften aufzuweisen, kann ein derartiges Quarzglas oberflächenbehandelt, beispiels- weise beschichtet sein.

Vorteilhaft können Reflektoren vorgesehen sein, welche die Wärmestrahlung der Heizquellen auf den Förderkanal lenken, so daß hierdurch Wärmeverluste minimiert werden und die auf den Förderkanal einwirkende Heizintensität verbessert wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung im folgenden näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel, und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Erwärmen von schmelzfähigem Material.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Förderkanal bezeichnet, der rohrförmig ausgestaltet ist und in welchem sich Fördermittel 2 befinden, die lediglich schematisch angedeutet sind und durch eine angetrie- bene Welle 3 in Drehung versetzt werden können, um auf diese Weise Material, welches im Förderkanal 1 befindlich ist, durch den Förderkanal 1 zu fördern.

Der Förderkanal 1 kann je nach dem zu förderndem Material und je nach dem Temperaturniveau, welches erzielt werden soll, aus den verschiedensten Werkstoffen bestehen, z. B. aus kera- mischen, mineralischen oder metallischen Werkstoffen oder Mi- schungen daraus. Er wird beheizt durch eine Heizung 4, wobei die Heizung 4 Heizelemente 5 aufweist, die ringförmig oder wendelförmig um den Förderkanal 1 herum angeordnet sind und Wärmestrahlung auf den Förderkanal 1 richten. Reflektoren 6 lenken die rückwärts gerichteten Strahlungsanteile nach vorn, also zum Förderkanal 1, um auf diese Weise Strahlungsverluste zu verringern.

Der Förderkanal 1 ist in einem Gehäuse 7 angeordnet, welches gleichzeitig eine Trennwand zwischen dem Förderkanal 1 und der Heizung 4 darstellt. Wie der Förderkanal 1 ist das Gehäuse 7 ebenfalls rohrförmig ausgestaltet. Es besteht aus Quarzglas.

Das Quarzglas ist derart beschichtet, daß Wärmestrahlung von den Heizelementen 5 nahezu ungehindert durch das Gehäuse 7 auf den Förderkanal 1 gelangen kann, daß vom Förderkanal 1 abgestrahlte Wärme jedoch durch das Gehäuse 7 nach innen wieder zum Förderkanal 1 reflektiert wird.

Innerhalb des Gehäuses 7 ist eine Inertgasatmosphäre vorge- sehen, so daß bei einem metallischen Förderkanal 1 auch die Erhitzung auf hohe Temperaturen nicht zu einer Oxidation der Oberfläche des Förderkanales 1 führt und dementsprechend zu Verfärbungen oder Oxidschichten, die die Wärmeaufnahmefä- higkeit des Förderkanales 1 verschlechtern könnten.

Zudem stellt das Gehäuse 7 eine thermische Barriere dar, so daß innerhalb des Gehäuses 7 ein hohes Temperaturniveau um den Förderkanal 1 herum beibehalten werden kann, während außerhalb des Gehäuses 7 ein niedriges Temperaturniveau herrscht, ggf. kann der Bereich außerhalb des Gehäuses 7 so- gar gekühit werden, um eine Überhitzung der Heizelemente 5 zu vermeiden.

Das lediglich schematisch angedeutete Gehäuse 7 kann dop- pelwandig ausgestaltet sein, wobei zwischen den beiden Wan- dungen ein Vakuum vorgesehen sein kann, um die thermische Isolierwirkung des Gehäuses 7 zu verbessern.

Die Heizelemente 5 der Heizung 4 können abschnittsweise oder gruppenweise unterschiedlich ansteuerbar sein, so daß über die Länge des Förderkanales 1 unterschiedliche Temperaturzonen eingestellt werden können oder zur Beibehaltung einer konstan- ten Temperatur die Strahlungsintensitäten der einzelnen Heiz- elemente 5 entsprechend dem jeweiligen Wärmebedarf unter- schiedlich eingestellt werden können.

Demgegenüber zeigt Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel in Form ei- nes Querschnittes durch eine Vorrichtung, die ähnlich der in Fig.

1 dargestellten ist. Der Querschnitt zeigt jedoch, daß die Heiz- elemente 5 sich nicht radial oder zumindest im wesentlichen ra- dial um das Gehäuse 7 erstrecken, wie dies bei dem Ausfüh- rungsbeispiel von Fig. 1 der Fall ist, sondern vielmehr in Längs- richtung oder zumindest im wesentlichen in Längsrichtung zum Förderkanal 1 erstrecken. Diese Ausführungsform nach Fig. 2 kann ggf. eine besonders einfache Herstellung der gesamten Vorrichtung begünstigen. Die Heizelemente 5 können in Längs- richtung hintereinander aus mehreren einzeln beheizbaren Ab- schnitten bestehen, so daß die bereits erwähnte, abschnittswei- se individuell einstellbare Intensität der Wärmeeinwirkung auf den Förderkanal 2 auch bei diesem Ausführungsbeispiel ermög- licht ist.

An Stelle länglicher Heizelemente, wie in den Fig. 1 ringförmig gebogen und in Fig. 2 stabförmig dargestellt, können auch flä- chige Heizelemente vorgesehen sein, oder punktförmige, z. B. etwa glühbirnenähnliche Heizelemente. In Anpassung an die Form der Heizelemente sind vorteilhaft die Reflektoren gestaltet, z. B. etwa rinnenförmig und länglich ; oder etwa rinnenförmig und ringartig ; oder etwa schalenförmig die punktuellen Heizelemente umgebend.