[0001] Die Erfindung betrifft einen Oxidationsofen zur oxidativen Behandlung von Fasern,
insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern, mit
- a) einem Gehäuse, welches abgesehen von Durchtrittsbereichen für die Kohlenstofffasern
gasdicht ist;
- b) einem im Innenraum des Gehäuses befindlichen Prozessraum;
- c) mindestens einer Zulufteinrichtung, mit welcher Heißluft in den Prozessraum einblasbar
ist;
- d) Umlenkrollen, welche den Prozessraum (28) flankieren und die Fasern als Teppich
nebeneinander liegend serpentinenartig durch den Prozessraum führen, wobei der Faserteppich
zwischen gegenüber liegenden Umlenkrollen jeweils eine Ebene aufspannt.
[0002] Bei bekannten derartigen Oxidationsöfen können die Umlenkrollen entweder im Innenraum
des Gehäuses oder außerhalb des Gehäuses angeordnet sein. Die Zulufteinrichtung ist
dabei so konfiguriert, dass Heißluft in einen Bereich zwischen den Umlenkrollen und
dem Prozessraum in einer Richtung auf den Prozessraum zu abgegeben wird. Hierdurch
kommt es dazu, dass die Kohlenfasern auf ihrem Weg über eine Umlenkrolle etwas auskühlen,
da sie den Prozessraum verlassen haben und auch nicht mehr mit Heißluft beaufschlagt
werden, die von der Zulufteinrichtung abgegeben wird.
[0003] Nachdem die Fasern von einer Umlenkrolle umgelenkt wurden und wieder in den Prozessraum
eintreten, muss daher zunächst ein Teil der Ofenenergie darauf verwandt werden, die
Fasern wieder auf die Temperatur zu erhitzen, die für den Oxidationsvorgang benötigt
wird.
[0004] Insbesondere wenn sich die Umlenkrollen außerhalb des Ofengehäuses in der Umgebungsatmosphäre
des Oxidationsofens befinden, kann so ein hoher Prozentsatz, der im Extremfall bis
zu 80% betragen kann, der zum Betrieb des Oxidationsofens erforderlichen Energie nur
dafür verbraucht werden, um die Fasern wiederholt auf die erforderliche Oxidationstemperatur
zu erhitzen.
[0005] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Oxidationsofen der eingangs genannten Art
zu schaffen, bei welchem die Energiebilanz positiver ausfällt.
[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Oxidationsofen der eingangs genannten Art dadurch gelöst,
dass
e) die Zulufteinrichtung so eingerichtet ist, dass Heißluft zur vom Prozessraum abliegenden
Seite der Umlenkrollen geleitet wird, so dass Heißluft dort die jeweilige Umlenkrolle
und die Fasern überströmt, bevor sie in den Prozessraum eintritt.
[0007] Durch diese gerichtete Strömung der Heißluft wird die Temperatur der Umlenkrollen
und der darüber geführten Fasern bei einem höheren Wert gehalten, bis die Fasern wieder
in den Prozessraum eintreten. Im Idealfall bleiben die Fasern auch bei ihrem Weg über
die Umlenkrollen bei einer Prozesstemperatur, bei der die Oxidation ablaufen kann.
[0008] Dabei ist es günstig, wenn die Umlenkrollen in einem Umlenkbereich des Gehäuses angeordnet
sind, der zumindest strömungstechnisch vom Prozessraum getrennt ist. Auf diese Weise
kann unabhängig von der Strömung im Prozessraum für eine gleich bleibende Temperatur
an den Umlenkrollen gesorgt werden.
[0009] Während des Oxidationsprozesses wird aus dem Prozessraum Abluft abgeführt. Die Heißluft
kann einerseits zusätzlich genutzt werden, um das abgeführte Volumen auszugleichen.
Andererseits trägt die Heißluft dazu bei, die Prozesstemperatur im Prozessraum energieeffizient
aufrechtzuerhalten, da der Bereich des Prozessraums, in dem die Heißluft in diesen
eintritt, nicht abkühlt. Wenn zwischen dem Umlenkbereich und dem Prozessraum Strömungsleitmittel
vorhanden sind, kann die Heißluft aus der Zulufteinrichtung gezielt zu dem Prozessraum
und den verschiedenen Ebenen des Faserteppichs geleitet werden.
[0010] Wenn die Umlenkrollen durch ein Gehäuseelement von der Umgebungsatmosphäre des Oxidationsofens
abschirmbar sind, erfolgt kein oder nur ein reduzierter Wärmeaustausch mit der Umgebung
des Oxidationsofens. Hierdurch kann die Effektivität gesteigert werden.
[0011] Es ist günstig, wenn das Gehäuseelement derart auf der vom Prozessraum abliegenden
Seite der Umlenkrollen angeordnet ist, dass zwischen Gehäuseelement und Umlenkrolle
ein Strömungskanal für Heißluft gebildet ist.
[0012] Wenn das Gehäuseelement aus Glas gefertigt ist, kann der Umlenkbereich von außen
eingesehen werden und es kann stets auf Sicht überprüft werden, ob die Fasern ordnungsgemäß
auf den Umlenkrollen laufen oder nicht.
[0013] Es ist besonders von Vorteil, wenn mittels des Gehäuseelements ein Zugang von außen
zu zumindest einer Umlenkrolle freigebbar ist. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass
einzelne Kohlenstofffasern beim Durchlauf durch den Oxidations-ofen reißen können.
Üblicherweise wird das lose Ende einer gerissenen Faser im Bereich der Umlenkrollen
mit einer daneben laufenden Faser verknüpft, durch welche die gerissene Faser durch
den Ofen mitgeschleppt wird. Hierzu ist es jedoch erforderlich, dass die Umlenkrollen
von außen zugänglich sind.
[0014] Hierfür hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens ein Gehäuseelement
eine um eine horizontale Achse verschwenkbar gelagerte Platte ist.
[0015] Alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Gehäuseelement eine lösbar befestigte
abnehmbare Platte sein.
[0016] Erneut alternativ oder zusätzlich kann wenigstens ein Gehäuseelement ein von der
Seite der Umlenkrolle, die vom Prozessraum abliegt, über die Umlenkrolle gestülptes
Wannenelement sein.
[0017] Darüber hinaus kann es von Vorteil sein, wenn wenigstens ein Gehäuseelement ein um
eine vertikale Achse verdrehbar gelagertes Lamellenelement ist.
[0018] Wenn ein loses Ende einer gerissenen Faser von einer Wartungsperson gefasst und mit
einer anderen Faser verknüpft werden soll, darf die Temperatur im Bereich der Umlenkrollen
und auch die Temperatur der Umlenkrollen selbst und der darauf laufenden Fasern nicht
so hoch sein, dass die Wartungsperson sich verletzen könnte. Aus diesem Grund ist
es günstig, wenn die Zulufteinrichtung derart eingerichtet ist, dass Heißluft wahlweise
zur vom Prozessraum abliegenden Seite einer der Umlenkrollen geleitet werden kann
oder nicht, oder statt Heißluft Kühlluft zur vom Prozessraum abliegenden Seite einer
der Umlenkrollen geleitet werden kann. Wenn der Luftstrom unterbrochen werden kann
oder indem Kühlluft zugeführt wird, kann der Bereich, der von der Wartungsperson erreicht
werden muss, abkühlen und ein Zugriff von außen ist gefahrlos möglich.
[0019] Hierzu ist es günstig, wenn die Zulufteinrichtung mehrere Zuluftkästen umfasst, die
zwischen den Ebenen des Faserteppichs angeordnet sind und von einer Frischluftquelle
gespeist werden.
[0020] Derartige Zuluftkästen können dann in horizontaler Richtung zwischen einer Betriebsstellung,
in welcher sie Heißluft zur vom Prozessraum abliegenden Seite der Umlenkrollen abgeben,
und einer davon verschiedenen Wartungsstellung verschiebbar sein.
[0021] Alternativ können die Zuluftkästen mit aus dem Umlenkbereich entnehmbaren Luftführungskästen
zusammenarbeiten. Heißluft wird nur dann zu den Umlenkrollen geleitet, wenn die Luftführungskästen
vorhanden sind.
[0022] Bei einer Abwandlung umfasst die Zulufteinrichtung mehrere Klappenelemente, die zwischen
den Ebenen des Faserteppichs angeordnet sind und von einer Frischluftquelle gespeist
werden und Heißluft durch einen Austrittsschlitz abgeben, wobei die Klappenelemente
zwischen einer Betriebsstellung, in der der Austrittschlitz nahe einer Ebene des Faserteppichs
angeordnet ist, und einer Wartungsstellung, in der der Austrittschlitz weiter von
dieser Ebene abliegt, um eine horizontale Achse verschwenkbar sind.
[0023] Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. In diesen zeigen:
- Figur 1
- einen Vertikalschnitt durch einen Oxidationsofen zur Herstellung von Kohlenstofffasern
in Ofenlängsrichtung;
- Figur 2
- einen Horizontalschnitt durch den Oxidationsofen von Figur 1 gemäß der dortigen Schnittlinie
II-II;
- Figur 3
- dem Schnitt nach Figur 1 entsprechende Vertikalschnitte von Umlenkbereichen an gegenüberliegenden
Enden des Oxidationsofens in vergrößertem Maßstab;
- Figur 4
- einen Horizontalschnitt eines Schleusen-Umlenkbereichs nach Figur 3 entlang der dortigen
Schnittlinie IV-IV, wobei ein Einblaskasten teilweise weggebrochen gezeigt ist;
- Figur 5
- den Schnitten nach Figur 3 entsprechende Vertikalschnitte von Umlenkbereichen an gegenüberliegenden
Enden eines Oxidationsofens gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
- Figur 6
- einen Horizontalschnitt eines Schleusen-Umlenkbereichs nach Figur 5 entlang der dortigen
Schnittlinie VI-VI, wobei Einblaskästen teilweise weggebrochen gezeigt sind;
- Figur 7
- den Schnitten nach Figur 3 entsprechende Vertikalschnitte von Umlenkbereichen an gegenüberliegenden
Enden eines Oxidationsofens gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel;
- Figur 8
- einen Horizontalschnitt eines Schleusen-Umlenkbereichs nach Figur 7 entlang der dortigen
Schnittlinie VIII-VIII, wobei eine Umlenkrolle teilweise weggebrochen gezeigt ist;
- Figur 9
- eine Teil-Frontansicht des Umlenkbereichs von Figur 8;
- Figur 10
- den Schnitten nach Figur 3 entsprechende Vertikalschnitte von Umlenkbereichen an gegenüberliegenden
Enden eines Oxidationsofens gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel;
- Figur 11
- einen Horizontalschnitt eines Schleusen-Umlenkbereichs nach Figur 10 entlang der dortigen
Schnittlinie XI-XI;
- Figur 12
- den Schnitten nach Figur 3 entsprechende Vertikalschnitte von Umlenkbereichen an gegenüberliegenden
Enden eines Oxidationsofens gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel;
- Figur 13
- einen Horizontalschnitt eines Schleusen-Umlenkbereichs nach Figur 12 entlang der dortigen
Schnittlinie XIII-XIII;
- Figur 14
- den Schnitten nach Figur 3 entsprechende Vertikalschnitte von Umlenkbereichen an gegenüberliegenden
Enden eines Oxidationsofens gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel;
- Figur 15
- einen Horizontalschnitt eines Schleusen-Umlenkbereichs nach Figur 12 entlang der dortigen
Schnittlinie XV-XV.
[0024] Zunächst wird auf die Figuren 1 bis 4 Bezug genommen. Diese zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel
eines Oxidationsofens 10, der zur Herstellung von Kohlenstofffasern eingesetzt wird.
[0025] Der Oxidationsofen 10 umfasst ein Gehäuse 12, das einen den Innenraum des Oxidationsofens
10 bildenden Durchlaufraum 14 mittels zweier vertikaler Längswände 12a, 12b, einer
Deckenwand 12c und einer Bodenwand 12d begrenzt. An seinen Stirnenden 12e bzw. 12f
weist das Gehäuse 12 jeweils eine Öffnung 16 auf, über welche der Durchlaufraum 14
grundsätzlich von außen her zugänglich ist. Über stets verbleibende Durchgänge 18a,
18b im Bereich des in den Figuren 1 und 2 linken Stirnendes 12e werden Fasern 20 in
den Durchlaufraum 14 hinein und wieder aus diesem herausgeführt.
[0026] Die vertikale Längswand 12b trennt den Durchlaufraum 14 von einem seitlich von diesem
liegenden Luftleitraum 22, dessen Begrenzung lediglich teilweise in Figur 2 und dort
auch nur gestrichelt angedeutet ist.
[0027] Der Durchlaufraum 14 ist seinerseits in Längsrichtung in drei Bereiche unterteilt
und umfasst einen ersten Umlenkbereich 24, welcher dem Stirnende 12e benachbart ist,
einen zweiten Umlenkbereich 26, welcher dem gegenüberliegenden Stirnende 12f benachbart
ist, sowie einen zwischen den Umlenkbereichen 24, 26 angesiedelten Prozessraum 28.
[0028] Die zu behandelnden Fasern 20 werden dem Durchlaufraum 14 des Oxidationsofen 10 parallel
verlaufend als Art "Teppich" zugeführt. Hierzu treten die Fasern 20 über eine außerhalb
des Ofengehäuses 12 gelagerte Führungsrolle 30 geführt durch den in einem unteren
Bereich der Öffnung 16 des Stirnendes 12e vorhandenen Durchgang 18a in den ersten
Umlenkbereich 24 ein. Die Fasern 20 werden sodann durch den Prozessraum 28 und durch
den zweiten Umlenkbereich 26 und von dort wieder zurückgeführt.
[0029] Insgesamt durchlaufen die Fasern 20 den Prozessraum 28 serpentinenartig über von
unten nach oben aufeinander folgende Umlenkrollen 32, die dem Verlauf der Fasern von
unten nach oben folgend mit 32a, 32b, 32c, 32d, 32e bezeichnet sind. Hierbei sind
im zweiten Umlenkbereich 26 des Oxidationsofens 10 drei mit ihren Achsen parallel
übereinander liegende Umlenkrollen 32a, 32c, 32e und im ersten Umlenkbereich 24 zwei
solche Umlenkrollen 32b, 32d vorgesehen. Zwischen den Umlenkrollen 32a, 32b, 32c,
32d, 32e spannt der durch die Fasern 20 gebildete Faserteppich jeweils eine Ebene
auf.
[0030] Nach dem obersten Durchgang durch den Prozessraum 28 und den ersten Umlenkbereich
24 verlassen die Fasern 20 den Oxidationsofen 10 durch den Durchgang 18a, der im oberen
Bereich der Öffnung 16 des Stirnendes 12e verbleibt. Die Fasern 20 werden außerhalb
des Ofengehäuses 12 über eine weitere Führungsrolle 34 geführt.
[0031] Der erste Umlenkbereich 24 bildet somit zugleich eine Einund Austrittsschleuse für
die Fasern 20 in den Durchlaufraum 14 bzw. den Prozessraum 28.
[0032] Dem ersten Umlenkbereich 24 ist eine erste Zulufteinrichtung 36 und dem zweiten Umlenkbereich
26 ist eine zweite Zulufteinrichtung 38 zugeordnet, welche von den Fasern 20 auf ihrem
jeweiligen Weg durch den ersten bzw. den zweiten Umlenkbereich 24 bzw. 26 durchlaufen
werden. Durch die Zulufteinrichtungen 36, 38 wird dem Prozess vorgewärmte Frischluft
zugeführt; auf die Zulufteinrichtungen 36, 38 wird weiter unten nochmals detaillierter
eingegangen.
[0033] Zwischen den Umlenkbereichen 24, 26 und dem Prozessraum 28 befinden sich als Strömungsleitmittel
übereinander angeordnete Luftleitklappen 40, die jeweils zwischen den durch den Faserteppich
20 aufgespannten Ebenen angesiedelt sind und sich zwischen den Längswänden 12a, 12b
des Ofengehäuses 12 erstrecken. Jede Luftleitklappe 40 ist individuell oder über ein
Gestänge gekoppelt um jeweils eine horizontale Schwenkachse 42 verschwenkbar, die
durch die Längswände 12a, 12b des Ofengehäuses 12 hindurch tritt und außerhalb von
diesem gelagert ist. Dies ist in Figur 2 zu erkennen.
[0034] Im Prozessraum 28 werden zwei gegenläufige Luftströme aufrechterhalten. Hierzu sind
im mittleren Bereich des Prozessraumes 28 eine Einblaseinrichtung 44 und in den beiden
außen liegenden Endbereichen des Prozessraumes 28 jeweils eine Absaugeinrichtung 46
angeordnet, die jeweils den Luftleitklappen 40 benachbart sind. Die Einblaseinrichtung
44 und umfasst mehrere Einblaskästen 44a und die Absaugeinrichtungen 46 umfassen mehrere
Absaugkästen 46a, die jeweils zwischen den durch den Faserteppich 20 aufgespannten
Ebenen angeordnet sind und sich zwischen den Längswänden 12a, 12b des Ofengehäuses
12 erstrecken und von denen nur einige mit Bezugszeichen versehen sind.
[0035] Ausgehend beispielsweise von den Absaugeinrichtungen 46 wird die Luft in den Luftleitraum
22 gefördert, in dem sie auf hier nicht weiter interessierende Weise aufbereitet und
konditioniert wird. Von dem Luftleitraum 22 gelangt die Luft jeweils zu der Einblaseinrichtung
44. Diese gibt die konditionierte Luft gegensinnig strömend in Richtung auf die Umlenkbereiche
24 und 28 in den Prozessraum 28 ab. In diesem strömt.die Luft gegensinnig zu den Absaugeinrichtungen
46, wodurch zwei Umwälz-Luftkreisläufe geschlossen sind, die in Figur 2 durch entsprechende
Pfeile veranschaulicht sind.
[0036] Während des serpentinenartigen Durchgangs der Fasern 20 durch den Prozessraum 28
werden diese so von heißer, sauerstoffhaltiger Luft umspült und dabei oxidiert. Die
genaue Ausbildung sowohl der Einblaseinrichtung 44 als auch der Absaugeinrichtungen
46 sowie der Strömungsweg der Luft von der Einblaseinrichtung 44 zu den Absaugeinrichtungen
46 sind dabei vorliegend nicht weiter von Belang.
[0037] Im Bereich des Luftleitraumes 22 sind außerdem zwei Auslässe 48 vorgesehen. Über
diese können diejenigen Gas- bzw. Luftvolumina abgeführt werden, die entweder bei
dem Oxidationsprozess entstehen oder als Frischluft durch die Zulufteinrichtungen
36, 38 in den Prozessraum 28 gelangen, um so den Lufthaushalt im Oxidationsofen 10
aufrecht zu erhalten. Die abgeführten Gase, die auch giftige Bestandteile enthalten
können, werden einer thermischen Nachverbrennung zugeführt. Die dabei gewonnene Wärme
kann zumindest zur Vorerwärmung der dem Oxidationsofen 10 zugeführten Frischluft verwendet
werden.
[0038] Bezogen auf die Zulufteinrichtungen 36, 38 und die Einblaseinrichtung 44 im Zusammenspiel
mit den Absaugeinrichtungen 46 und dem Luftleitraum 22 sind die Umlenkbereiche 24,
26 und der Prozessraum 28 somit durch die Luftleitklappen 40 strömungstechnisch voneinander
getrennt.
[0039] In Figur 3 sind nun die Umlenkbereiche 24, 26 und in Figur 4 der erste Umlenkbereich
24 in vergrößertem Maßstab gezeigt.
[0040] Wie in Figur 3 zu erkennen ist, sind im ersten Umlenkbereich 24 auf jeweils einem
Niveau unterhalb der unteren Umlenkrolle 32b, zwischen den beiden Umlenkrollen 32b,
32d und oberhalb der oberen Umlenkrolle 32d Zuluftkästen 50 der ersten Zulufteinrichtung
36 mit rechteckigem Querschnitt angeordnet, die sich zwischen den Längswänden 12a,
12b des Ofengehäuses 12 und senkrecht zu diesen erstrecken.
[0041] Im zweiten Umlenkbereich 26 sind auf jeweils einem Niveau oberhalb der unteren Umlenkrolle
32a, zwischen den beiden Umlenkrollen 32a, 32c und oberhalb der oberen Umlenkrolle
32e entsprechende Zuluftkästen 50 der zweiten Zulufteinrichtung 38 mit ebenfalls rechteckigem
Querschnitt angeordnet. Jeder Zuluftkasten 50 ist über einen eigenen Kanalstutzen
52 mit Klappenventil mit einer Frischluftquelle 54 verbunden, aus denen die Zuluftkästen
50 mit konditionierter vorgewärmter Frischluft gespeist werden können. Die Zuluftkästen
50 haben auf ihrer in Richtung auf die Stirnenden 12e bzw. 12f des Ofengehäuses 12
weisenden Seite jeweils Austrittschlitze 50a, die in Längsrichtung des jeweiligen
Zuluftkastens 50 verlaufen und durch welche zugeführte Frischluft nach oben und/oder
unten austritt.
[0042] Dabei hat nur der im ersten Umlenkbereich 24 unterhalb der obersten Ebene des Faserteppichs
20 angeordnete Zuluftkasten zwei Austrittschlitze 50a, so dass Heißluft sowohl nach
oben als auch nach unten austritt. Alle übrigen Zuluftkästen 50 haben nur einen Austrittsschlitz
50a, durch den Heißluft in Richtung nach unten auf die unterhalb des jeweiligen Zuluftkastens
50 verlaufende Ebene des Faserteppich 20 abgegeben wird. Dies ist in Figur 3 durch
entsprechende Pfeile in den Umlenkbereichen 24, 26 veranschaulicht, die jedoch nicht
gesondert gekennzeichnet sind.
[0043] Die Zuluftkästen 50 sind außerdem auf Führungsschienen 56 gelagert, die horizontal
verlaufen und an den Längswänden 12a, 12b des Ofengehäuses 12 angebracht sind. Auf
den Führungsschienen 56 können die Zuluftkästen 50 zwischen einer Betriebsstellung
und einer Wartungsstellung horizontal verschoben werden.
[0044] In ihrer Betriebsstellung sind die Zuluftkästen 50 mit ihrem jeweiligen Kanalstutzen
52 verbunden und so eingerichtet, dass die aus den Austrittschlitzen 50a austretende
Frischluft zu derjenigen Seite 58 der Umlenkrollen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e geleitet
wird, die von dem Prozessraum 28 abliegt. Dort überströmt die Heißluft die jeweilige
Umlenkrolle 32a, 32b, 32c, 32d, 32e und die Fasern 20, bevor sie in den Prozessraum
28 eintritt, und strömt dann weiter durch den Umlenkbereich 24 bzw. 26 zu den Luftleitklappen
40. Dies ist am Beispiel der in Figur 3 jeweils beiden oberen Zuluftkästen 50 in den
Umlenkbereichen 24, 26 gezeigt.
[0045] In ihrer Wartungsstellung sind die Zuluftkästen 50 in Richtung von den Umlenkrollen
32b, 32d bzw. 32a, 32c, 32e weg und auf die Luftleitklappen 40 zu verschoben, wobei
sie von dem zugehörigen Kanalstutzen 52 getrennt sind, wie es am Beispiel der in Figur
jeweils untersten Zuluftkästen 50 in den Umlenkbereichen 24, 26 veranschaulicht ist.
In der Wartungsstellung werden die Zuluftkästen 50 somit nicht mehr mit heißer Frischluft
beaufschlagt.
[0046] Bei einer Abwandlung kann der Kanalstutzen 52 auch flexibel ausgeführt sein und mit
dem jeweiligen Zuluftkasten 50 mitgeführt werden.
[0047] Vor jeder Umlenkrolle 32b, 32d bzw. 32a, 32c, 32e sind an den Stirnenden 12e, 12f
des Ofengehäuses 12 jeweils um eine horizontale Achse 60 zwischen einer Offenstellung
und einer Schließstellung verschwenkbare Glasplatten 62 gelagert. In Figur 3 sind
die Glasplatten 62 vor den Umlenkrollen 32d und 32e in der Schließstellung und die
Glasplatten 62 vor den Umlenkrollen 32a, 32b, 32c in der Offenstellung gezeigt.
[0048] Die Glasplatten 62 schirmen die Umlenkbereiche 24, 26 gegenüber der Umgebungsatmosphäre
des Oxidationsofens 10 ab. Durch die Glasplatten 62 sind die Umlenkbereiche 24, 26
außerdem von außen einsehbar, so dass stets überprüft werden kann, ob die Fasern 20
ordnungsgemäß von den Umlenkrollen 32 geführt werden.
[0049] Wenn die Glasplatten 62 an den Stirnenden 12e, 12f ihre Schließstellung einnehmen,
verbleibt zwischen zwei in vertikaler Richtung benachbarten Glasplatten 62 jeweils
ein Abstand 64, der etwa in der Größenordnung der Höhe der Zuluftkästen 50 liegt.
In diesen Zwischenraum 64 greifen die Zuluftkästen 50 dichtend ein, wenn sie ihre
Betriebsstellung einnehmen. Hierzu sind die Konturen der Glasplatten 62 und der Zuluftkästen
50 in den zusammenarbeitenden Bereichen zueinander komplementär ausgebildet und mit
Dichtmitteln versehen, wie es an und für sich bekannt ist.
[0050] Im normalen Betrieb des Oxidationsofens 10 nehmen die Zuluftkästen 50 ihre Betriebstellung
ein und sind die Glasplatten 62 in ihre Schließstellung verkippt. Abgesehen von den
erwähnten Durchgängen 18a, 18b für die Fasern 20 sind die Öffnungen 16 an den Stirnenden
12e, 12f des Ofengehäuses 12 bei dieser Anordnung der Zuluftkästen 50 und der Glasplatten
62 damit gasdicht verschlossen. Durch die zusammenarbeitenden Komponenten sind so
Stirnwände des Ofengehäuses 12 ausgebildet.
[0051] Die Klappenventile in den Kanalstutzen 52 sind geöffnet und die Zuluftkästen 50 der
Zulufteinrichtungen 36, 38 werden somit aus der Frischluftquelle 54 mit heißer Frischluft
beaufschlagt. Diese heiße Frischluft strömt aus den Austrittschlitzen 50a der Zuluftkästen
50 zunächst auf die von dem Prozessraum 28 abliegende Seite 58 der Umlenkrollen 32a,
32b bzw. 32c, 32d, 32e und an der Innenfläche der Glasplatten 62 vorbei, bevor sie
zu den Luftleitklappen 40 und weiter in den Prozessraum 28 strömt.
[0052] Dabei werden die Umlenkrollen 32b, 32d bzw. 32a, 32c, 32e und die darauf geführten
Fasern 20 vollständig von heißer Frischluft umströmt. Dadurch wird verhindert, dass
die Umlenkrollen 32b, 32d bzw. 32a, 32c, 32e und die darauf geführten Fasern 20 in
den Umlenkbereichen 24, 26 außerhalb des Prozessraumes 28 abkühlen und letztere sich
beim Erstoder Wiedereintritt in den Prozessraum 28 zunächst auf die Prozesstemperatur
erwärmen müssen, die für den Oxidationsvorgang erforderlich ist.
[0053] Zudem werden die Innenflächen der Glasplatten 62 durch die heiße Frischluft erwärmt,
wodurch verhindert wird, dass sich dort unerwünschtes Kondensat abscheidet, das aus
den Kohlenstofffasern 20 austritt.
[0054] Wenn das Ofengehäuse 12 zusätzliche, z.B. seitlich angeordnete Glasscheiben aufweist,
um einen Blick oder einen Zugang zu den Umlenkbereichen 24, 26 zu ermöglichen, können
die Zuluftkästen 50 weitere entsprechend angeordnete Auslassöffnungen aufweisen, durch
die Heißluft auf diese Glasscheiben geleitet werden kann, so dass auch dort eine Kondensatbildung
verhindert ist.
[0055] Jede Luftleitklappe 40 nimmt im Betrieb des Oxidationsofens 10 eine Stellung ein,
in welcher nur ein kleiner Spalt zwischen deren oberen bzw. unteren Rand und dem dort
vorbeilaufenden Faserteppich 20 verbleibt, um die Umlenkbereiche 24, 26 durch eine
möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit der einströmenden Heißluft vom Prozessraum
28 zu trennen. Zusätzlich kann so ein guter Kontakt des Faserteppichs 20 mit der heißen
Frischluft gewährleistet werden.
[0056] Wenn nun der eingangs erörterte Fall eintritt, dass eine Kohlenstofffaser 20 reißt,
kann die gerissene Faser 20 dennoch im laufenden Oxidationsprozess mit einer benachbarten
Faser 20 verknüpft werden, da einerseits die Umlenkbereiche 24 und 26 über die Glasplatten
62 von außen zugänglich sind und andererseits die Zulufteinrichtungen 36, 38 so eingerichtet
sind, dass die Umlenkrollen 32b, 32d bzw. 32a, 32c, 32e und die darauf geführten Fasern
20 auf eine Temperatur abkühlen können, bei der sie von einer Wartungsperson gefahrlos
berührt und gehandhabt werden können.
[0057] Im oberen Abschnitt der Umlenkbereiche 24, 26 ist jeweils noch ein Absaugstutzen
65 mit einer Ventilklappe vorgesehen, durch welchen die im Umlenkbereich 24, 26 befindliche
Heißluft mittels einer nicht eigens gezeigten Absaugeinrichtung rasch abgesaugt werden
kann. Hierdurch kann die Abkühlung der Umlenkrollen 32 und der Kohlenfasern 20 beschleunigt
werden.
[0058] Der Ort, an dem sich ein loses Ende einer gerissenen Kohlenstofffaser 20 befindet,
kann mittels bekannter Sensortechniken erfasst werden. Hieraus kann abgeleitet werden,
über welche der Umlenkrollen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e das lose Ende der gerissenen
Faser 20 als nächstes geführt wird. Beispielsweise sei angenommen, dass das lose Ende
der gerissenen Faser 20 als nächstes zur untersten Umlenkrolle 32b im ersten Umlenkbereich
24 gelangen wird.
[0059] In diesem Fall wird der Kanalstutzen 52 geschlossen, der zum untersten Zuluftkasten
50 im ersten Umlenkbereich 24 führt. Dieser Zuluftkasten 50 wird sodann in seine Wartungsstellung
verschoben, wie es in Figur 3 gezeigt ist. Hierdurch wird der Bereich des Durchgangs
16, in dem der betreffende Zuluftkasten 50 angeordnet war, frei. Zum einen wird so
bereits ein Zugang von außen zur Umlenkrolle 32a für eine Wartungsperson geschaffen.
Zum anderen wird ein Strömungsweg für kühlere Umgebungsluft aus der Umgebungsatmosphäre
des Oxidationsofens 10 geöffnet. Durch die übrigen Zuluftkästen 50 wird im Umlenkbereich
24 eine Luftströmung aufrechterhalten, wobei auf Grund der reduzierten Frischluftzufuhr
Umgebungsluft angesaugt wird, was in Figur 3 durch einen Pfeil P1 angedeutet ist.
Die Umgebungsluft strömt in den Umlenkbereich 24 hinein und an der Umlenkrolle 32b
vorbei.
[0060] Hierdurch wird die Umlenkrolle 32b und die darauf geführten Fasern 20 abgekühlt.
Wenn das lose Ende der gerissenen Faser 20 nun zur Umlenkrolle 32b gelangt, kann dieses
bei einer moderaten Temperatur von einer Wartungsperson aufgenommen und mit einer
benachbarten Faser 20 verknüpft werden.
[0061] Um den Zugang in den Umlenkbereich 24 zusätzlich zu erleichtern, wird zuvor die Glasplatte
62 in ihre Offenstellung verkippt, die vor der Umlenkrolle 32b angeordnet ist.
[0062] Nachdem die gerissene Faser 20 mit einer intakten Faser 20 verknüpft worden ist,
wird diese Glasplatte 62 wieder in ihre Schließstellung verkippt und der unterste
Zuluftkasten 50 wieder in seine Betriebstellung vor den Kanalstutzen 52 bewegt, der
hierauf wieder geöffnet wird.
[0063] Wenn die gerissene Faser 20 mit einer benachbarten Faser 20 verknüpft ist und beide
Fasern 20 an jeder folgenden Umlenkrolle 32 in eine bestimmte Spur gelegt werden müssen,
kann im gegenüberliegenden Umlenkbereich 26 entsprechend vorgegangen werden. Im vorliegenden
Fall muss also zunächst auf die Unterseite der mittleren Umlenkrolle 32c im zweiten
Umlenkbereich 26 zugegriffen werden. Hierzu wird im nächsten Schritt der dort unterste
Zuluftkasten 50 in seine Wartungsstellung verbracht und die beiden Glasplatten 62
vor den Umlenkrollen 32a und 32c in ihre Offenstellung verkippt. Dies ist ebenfalls
in Figur 3 zu erkennen. Die dort nun angesaugte kühlere Umgebungsluft ist durch einen
Pfeil P2 veranschaulicht.
[0064] Dieses Vorgehen kann nun analog hintereinander für die beiden in Laufrichtung der
Fasern 20 noch folgenden Umlenkrollen 32d im ersten Umlenkbereich 24 und 32e im zweiten
Umlenkbereich 26 erfolgen.
[0065] Nachfolgend werden nun weitere Ausführungsbeispiele des Oxidationsofens 10 erläutert,
wobei dieselben Komponenten auch dieselben Bezugszeichen tragen. Sofern nicht ausdrücklich
etwas anderes beschrieben wird, gelten die obigen Erläuterungen zu dem Oxidationsofen
10 gemäß den Figuren 1 bis 4 für alle nun folgenden Ausführungsbeispiele sinngemäß
entsprechend.
[0066] In den Figuren 5 und 6 sind als zweites Ausführungsbeispiel abgewandelte Umlenkbereiche
24 und 26 des Oxidationsofens 10 gezeigt. Dort sind anstelle der verkippbaren Glasplatten
62 abnehmbare Glasplatten 66 vorhanden, die in nicht eigens gezeigten Halterahmen
gelagert sind. An den Zuluftkästen 50 ist eine in Figur 5 zu erkennende Wärmeisolierung
68 vorhanden, die in der Betriebsstellung der Zuluftkästen 50 gegen die Umgebungsatmosphäre
des Oxidationsofens 10 isoliert. Gleichzeitig kann die Wärmeisolierung 68 als Halterung
für die Glasplatten 62 verwendet werden.
[0067] Wenn ein Zugang von außen zu einem oder beiden der Umlenkbereiche 24, 26 notwendig
wird, wird eine entsprechende Glasplatte 66 aus dem Halterahmen genommen. Der Zugangsweg
ist in diesem Fall größer als bei den verkippbaren Glasplatten bei dem ersten Ausführungsbeispiel
gemäß der Figuren 3 und 4.
[0068] Die Figuren 7 und 8 zeigen als drittes Ausführungsbeispiel nochmals abgewandelte
Umlenkbereiche 24, 26 des Oxidationsofens 10. Dort sind die Zuluftkästen 50 stationär
etwa mittig zwischen der jeweiligen Stirnwand 12e, 12f und den Luftleitklappen 40
der Umlenkbereiche 24, 26 angeordnet. Anstelle der Austrittschlitze 50a weisen die
Zuluftkästen 50 auf ihrer der jeweiligen Stirnwand 12e oder 12f zugewandten Seite
einen Austrittsschnabel 70 mit einem Austrittschlitz 70a auf, der sich über die gesamte
Länge des Zuluftkastens 50 erstreckt.
[0069] Jeweils neben den Zuluftkästen 50 sind in den Bereichen oberhalb und unterhalb zwischen
den durch den Faserteppich 20 aufgespannten Ebenen boxartige Luftführungskästen 72
angeordnet, wobei in einer Ebene jeweils mehrere Luftführungskästen 72 nebeneinander
vorhanden sind. Dies ist in Figur 9 zu erkennen.
[0070] Auf ihrer in Richtung auf die Stirnwand 12e bzw. 12f des Ofengehäuses 12 weisenden
Seite haben die Luftführungskästen 72 jeweils einen Austrittsschlitz 72a, der dem
Austrittschlitz 50a der Zuluftkästen 50 nach den Figuren 3 bis 6 entspricht und in
Längsrichtung des jeweiligen Luftführungskastens 72 und damit quer zur Strömungsrichtung
der aus den Zuluftkästen 50 ausströmenden Frischluft verläuft. Durch diesen Austrittsschlitz
72a kann zugeführte Frischluft wieder nach oben und/oder unten austreten, wie es in
Figur 7 durch entsprechende Pfeile in den Umlenkbereichen 24, 26 und veranschaulicht
ist. Auf der gegenüberliegenden Seite haben die Luftführungskästen 72 einen Einlass
72b, der komplementär zum Austrittsschnabel 70 der Zuluftkästen 50 ist und diesen
im Betrieb aufnimmt, so dass heiße Frischluft aus den Zuluftkästen 50 in die Luftführungskästen
72 und von dort auf die Seite 58 der Umlenkrollen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e strömt.
[0071] Die Luftführungskästen 72 und die Umlenkrollen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e sind mittels
abnehmbarer Glasplatten 74 abgedeckt, durch welche das Ofengehäuse 12, erneut abgesehen
von den Ein- und Austrittsbereichen des Faserteppichs 20, gasdicht verschlossen ist.
Die Glasplatten 74 können sich über weitgehend die Gesamtbreite des Ofengehäuses 12
erstrecken oder komplementär zu den Luftführungskästen 72 segmentiert sein. In letzterem
Fall kann dann jeweils nur diejenige Glasplatte 74 abgenommen werden, die sich vor
dem Abschnitt des jeweiligen Umlenkbereichs 24, 26 befindet, zu dem ein Zugang erforderlich
ist.
[0072] Wenn ein Zugang zu einem der Umlenkbereiche 24, 26 notwendig wird, wird zunächst
die entsprechende Glasplatte 74 abgenommen. Die Luftführungskästen 72 sind als eine
Art Einhängekästen mittels nicht eigens gezeigter Befestigungen lösbar in den Umlenkbereichen
24, 26 befestigt und können über die Durchgänge 16 bzw. 18 in den Stirnwänden 12e,
12f des Ofengehäuses 12 aus den Umlenkbereichen 24, 26 entnommen werden. Dadurch,
dass mehrere Luftführungskästen 72 nebeneinander angeordnet sind und nur ein einziger
Luftführungkasten 72 entnommen werden kann, kann nur ein lokal begrenzter Zugangsbereich
zu den Umlenkbereichen 24, 26 freigemacht werden, der sich nicht über die gesamte
Breite der jeweiligen Durchgangsöffnung 16 bzw. 18 in den Stirnwänden 12e, 12f erstreckt,
sondern nur dort, wo des lose Ende der gerissenen Faser 20 vorbeilaufen wird.
[0073] Auf diese Weise kann die Temperatur der Fasern 20 neben sowie über und unter dem
von außen zugänglichen Abschnitt der Umlenkbereiche 24, 26 aufrechterhalten werden,
wogegen die Umlenkrollen 32 und die darauf laufenden Fasern 20 in diesem Abschnitt
abkühlen können.
[0074] Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Absaugstutzen 65 in der Längswand 12a vorgesehen.
[0075] Anstelle des Austrittsschnabels 70, der sich jeweils über weitgehend die gesamte
Länge der Zuluftkästen 50 erstreckt, können die Zuluftkästen 50 bei einer Abwandlung
auch mehrere nebeneinander angeordnete Austrittsnasen aufweisen, die durch jeweils
einen dazu komplementären Durchgang in den Luftführungskästen 72 in diese hinein ragen
können. An diesen Austrittnasen kann jeweils eine Verschlussklappe vorhanden sein,
welche durch eine Feder vor die Austrittsöffnung einer entsprechenden Austrittsnase
bewegt wird, wenn deren zugehörige Luftführungskasten 72 entnommen wird. Wird dieser
Luftführungskasten 72 wieder in seine Position vor dem Zuluftkasten 50 gebracht, wird
diese Verschlussklappe gegen die Federkraft beiseite geschoben, so dass der Luftweg
durch die Austrittsnase in den Luftführungskasten 72 frei ist.
[0076] Als viertes Ausführungsbeispiel sind in den Figuren 10 und 11 nochmals abgewandelte
Umlenkbereiche 24, 26 des Oxidationsofens 10 gezeigt.
[0077] Dort sind die Umlenkrollen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e zwar jenseits der Stirnenden 12e,
12f des Ofengehäuses 12 gelagert, jedoch von abnehmbaren Glaswannen 76 umgeben, die
gegen die hier ebenfalls stationären Zuluftkästen 50 abdichten.
Die Glaswannen 76 sind jeweils von der Seite 58 der Umlenkrollen 32, die vom Prozessraum
28 abliegt, über die Umlenkrollen 32 gestülpt.
[0078] Zwischen den Glaswannen 76 und den Umlenkrollen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e sowie den
darauf laufenden Fasern 20 ist jeweils ein Strömungskanal 78 gebildet. Auf der von
einem Zuluftkasten 50 abliegenden Seite einer Ebene des Faserteppichs 20 ist jeweils
ein Prallblech 79 vorhanden, so dass Heißluft aus den Zuluftkästen 50 auf die Fasern
20 und das darunter liegende Prallblech 79 in den Strömungskanal 78 und darüber zur
vom Prozessraum 28 abliegenden Seite 58 jeder Umlenkrolle 32a, 32b, 32c, 32d, 32e
gelangt.
[0079] Wenn ein Zugang zu einem der Umlenkbereiche 24, 26 benötigt wird, wird eine entsprechende
Glaswanne 76 abgenommen, wie es beispielhaft bei der Umlenkrolle 32b im Umlenkbereich
24 gezeigt ist. Die bereffende Umlenkrolle 32 kann dann in der Umgebungsatmosphäre
des Ofengehäuses 12 abkühlen, so dass die Fasern 20 von einer Wartungsperson gehandhabt
werden können. Zudem wird, wenn der Kanalstutzen 52 verschlossen wird, Umgebungsluft
in den Umlenkbereich 24 oder 26 hineingesaugt und sorgt dort für eine Abkühlung der
von der Umgebungsluft umströmten Fasern 20.
[0080] In den Figuren 12 und 13 sind als fünftes Ausführungsbeispiel erneut abgewandelte
Umlenkbereiche 24, 26 des Oxidationsofens 10 gezeigt.
[0081] Dort speist die Frischluftquelle 54 keine verschiebbaren oder stationären Zuluftkästen,
sondern verschwenkbare Klappenflügel 80, die sich im Raum zwischen den Ebenen des
Faserteppichs 20 und zwischen den Längswänden 12a, 12b des Ofengehäuses 12 erstrecken.
In Figur 12 sind der Übersichtlichkeit halber nur einige Klappenflügel 80 mit einem
Bezugszeichen versehen.
[0082] Die Klappenflügel 80 haben einen Austrittsschlitz 80a, durch welchen Heißluft auf
der vom Prozessraum 28 abliegenden Seite 58 der Umlenkrollen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e
abgegeben wird. Auf der vom Austrittschlitz 80a abliegenden Seite sind die Klappenflügel
80 um eine horizontale Achse verschwenkbar gelagert. Die Klappenflügel 80 können eine
Betriebsstellung einnehmen, in der sich der jeweilige Austrittschlitz 80a in enger
Nachbarschaft zu einer zugeordneten Ebene des Faserteppichs 20 befindet. Aus dieser
Betriebsstellung können die Klappenflügel 80 in eine Wartungsstellung geschwenkt werden,
in welcher der jeweilige Austrittsschlitz 80a weiter von der zugeordneten Faserteppichebene
abliegt.
[0083] Am Beispiel der beiden Klappenflügel 80, welche die von der Umlenkrolle 32a geführten
Faserteppiche 20 flankieren, sind in Figur 12 beide Stellungen veranschaulicht. Die
übrigen in Figur 12 gezeigten Klappenflügel 80 nehmen ihre Betriebsstellung ein.
[0084] Die Durchgänge 16 an den Stirnenden 12e, 12f sind bei diesem Ausführungsbeispiel
wieder durch abnehmbare Glasplatten 66 verschlossen. Eine im Normalbetrieb des Oxidationsofens
10 vor der Umlenkrolle 32b angeordnete Glasplatte 66 ist in Figur 12 nicht gezeigt.
Auch hier können die Glasplatten 66 wieder segmentiert sein, wie es in Figur 13 angedeutet
ist.
[0085] Wenn auf eine Umlenkrolle 32 und die darüber geführten Fasern 20 zugegriffen werden
muss, wird die entsprechende Glasplatte 66 abgenommen und die Klappenflügel 80, welche
die zugehörige Umlenkrolle 32 oben und unten flankieren, in ihre Wartungsstellung
verschwenkt. So wird der Zugang zu den Fasern 20 ermöglicht und die Heißluft von den
zugänglich gemachten Fasern 20 weggeführt. Gegebenenfalls kann auch die Zufuhr von
heißer Frischluft zu den betreffenden Klappenflügeln 80 für die Dauer des Zugriffs
unterbrochen oder die Heißluft durch Kühlluft ersetzt werden.
[0086] Beim Ausführungsbeispiel gemäß der Figuren 12 und 13 kann den Klappenflügeln 80 über
die Frischluftquelle 54 wahlweise Heißluft aus einem Kanal 54a oder kühle Luft aus
einem Kanal 54b zugeführt werden. Bei einem Zugriff von außen kann die betreffende
Umlenkwalze 32 durch Kühlluft schneller abgekühlt werden als ohne diese Maßnahme.
[0087] Eine entsprechende Ausbildung der Frischluftquelle 54 ist auch bei allen anderen
beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich.
[0088] Die Figuren 14 und 15 zeigen als sechstes Ausführungsbeispiel nochmals abgewandelte
Umlenkbereiche 24, 26 des Oxidationsofens 10.
[0089] Wie in Figur 14 zu erkennen ist, sind dort insgesamt nur drei Zuluftkästen 50 vorhanden.
Im ersten Umlenkbereich 24 ist auf einem Niveau unterhalb der obersten Ebene des Faserteppichs
20 ein Zuluftkasten 50 angeordnet, der zwei Austrittschlitze 50a aufweist, so dass
Heißluft nach oben und unten abgegeben wird. Ein weiterer Zuluftkasten 50 mit einem
nach oben gerichteten Austrittschlitz 50a ist im ersten Umlenkbereich 24 auf einem
Niveau unterhalb der untersten Ebene des Faserteppichs 20 angeordnet. Im zweiten Umlenkbereich
26 befindet sich dagegen nur ein einziger Zuluftkasten 50; dieser ist auf einem Niveau
über der obersten Ebene des Faserteppichs 20 angeordnet und weist einen nach unten
gerichteten Austrittsschlitz 50a.
[0090] Die Durchgänge 16 und 18 in den Stirnwänden 12e, 12f des Ofengehäuses 12 sind bei
dieser Variante durch vertikal verlaufende und um eine vertikale Drehachse 82 verdrehbare
Lamellen 84 aus Glas verschlossen, die unabhängig von einander bewegt werden können.
In Figur 15 sind nur zwei dieser Glaslamellen mit einem Bezugszeichen versehen.
[0091] Wenn ein Zugang zu einem der Umlenkbereiche 24, 26 erforderlich wird, wird die entsprechende
Glaslamelle 84 verdreht. Durch die entstehende Öffnung wird wie oben beschrieben Umgebungsluft
in den jeweiligen Umlenkbereich 24, 26 gesaugt, wodurch der von dieser kühleren Umgebungsluft
umströmte Abschnitt der Umlenkrollen 32a, 32b, 32c, 32d, 32e und die darauf laufenden
Fasern 20 auf eine Temperatur abkühlen, bei der sie handhabbar sind.
[0092] Alternativ kann anstelle von einzelnen gelagerten Lamellen 84 auch eine Faltwand
86 verwendet werden, die auch aus mehreren separaten Faltelementen bestehen kann,
wie es in Figur 15 in einem Bereich des Durchgangs 16 des Umlenkbereichs 24 gezeigt
ist.
[0093] Die Glasplatten 62, 66 und 74 sowie die Glaswannen 76 und die Glaslamellen 84 bilden
bei den jeweiligen Ausführungsbeispielen Gehäuseelemente des Ofengehäuses 12, durch
welche die Umlenkrollen 32 auf ihrer jeweils vom Prozessraum 28 abliegenden Seite
58 gegenüber der Umgebungsatmosphäre des Oxidationsofens 10 abgeschirmt werden können.
[0094] Anstelle von Glas kann auch ein anderes, gegebenenfalls auch blickdichtes Material
für entsprechende Platten, Wannen und Lamellen verwendet werden.
[0095] Sofern die Prozessführung es verlangt, können die Fasern 20 durch die Heißluft aus
den Zulufteinrichtung 36, 38 in den Umlenkbereichen 24, 26 auch auf eine Temperatur
erhitzt werden, die über der eigentlichen Prozesstemperatur im Prozessraum 28 liegt.
[0096] Bei der Oxidation von Kohlenstofffasern werden häufig zwei oder mehrere Oxidationsöfen
in Laufrichtung der Fasern hintereinander geschaltet, wobei die Öfen in einer Ebene
aufeinander folgend oder auch übereinander angeordnet sein können. In diesem Fall
kann die Austrittsöffnung für die Fasern eines ersten Ofens über einen gasdichten
Kanal mit der Eintrittsöffnung eines zweiten Ofens verbunden sein, so dass ein Abkühlen
der Fasern auch auf ihrem Weg von einem Ofen zum nächsten Ofen verhindert ist.
1. Oxidationsofen zur oxidativen Behandlung von Fasern, insbesondere zur Herstellung
von Kohlenstofffasern, mit
a) einem Gehäuse (12), welches abgesehen von Durchtrittsbereichen (18a, 18b) für die
Kohlenstofffasern (20) gasdicht ist;
b) einem im Innenraum (14) des Gehäuses (12) befindlichen Prozessraum (28);
c) wenigstens einer Zulüfteinrichtung (36, 38), mit welcher Heißluft in den Prozessraum
(28) einblasbar ist;
d) Umlenkrollen (32), welche den Prozessraum (28) flankieren und die Fasern (20) als
Teppich nebeneinander liegend serpentinenartig durch den Prozessraum (28) führen,
wobei der Faserteppich zwischen gegenüber liegenden Umlenkrollen (32) jeweils eine
Ebene aufspannt,
dadurch gekennzeichnet, dass
e) die Zulufteinrichtung (36, 38) derart eingerichtet ist, dass Heißluft zur vom Prozessraum
(28) abliegenden Seite (58) der Umlenkrollen (32) leitbar ist, so dass Heißluft dort
die jeweilige Umlenkrolle (32) und die Fasern (20) überströmt, bevor sie in den Prozessraum
(28) eintritt.
2. Oxidationsofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen (32) in einem Umlenkbereich (24, 26) des Gehäuses (12) angeordnet
sind, der zumindest strömungstechnisch vom Prozessraum (28) getrennt ist.
3. Oxidationsofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Umlenkbereich (24, 26) und dem Prozessraum (28) Strömungsleitmittel
(40) vorhanden sind.
4. Oxidationsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkrollen (32) durch ein Gehäuseelement (62, 66, 74, 76, 84) von der Umgebungsatmosphäre
des Oxidationsofens (10) abschirmbar sind.
5. Oxidationsofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (62, 66, 74, 76, 84) derart auf der vom Prozessraum (28) abliegenden
Seite (58) der Umlenkrollen (32) angeordnet ist, dass zwischen Gehäuseelement (62,
66, 74, 76, 84) und Umlenkrolle ein Strömungskanal für Heißluft gebildet ist.
6. Oxidationsofen nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseelement (62, 66, 74, 76, 84) aus Glas gefertigt ist.
7. Oxidationsofen nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Gehäuseelements (62, 66, 74, 76, 84) ein Zugang von außen zu zumindest
einer Umlenkrolle (32) freigebbar ist.
8. Oxidationsofen nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gehäuseelement (62) eine um eine horizontale Achse (60) verschwenkbar
gelagerte Platte ist.
9. Oxidationsofen nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gehäuseelement (66, 74) eine lösbar befestigte abnehmbare Platte ist.
10. Oxidationsofen nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gehäuseelement (76) ein von der Seite (58) der Umlenkrolle (32), die
vom Prozessraum (28) abliegt, über die Umlenkrolle (32) gestülptes Wannenelement ist.
11. Oxidationsofen nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Gehäuseelement (84) ein um eine vertikale Achse (82) verdrehbar gelagertes
Lamellenelement ist.
12. Oxidationsofen nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulufteinrichtung (36, 38) derart eingerichtet ist, dass Heißluft wahlweise zur
vom Prozessraum (28) abliegenden Seite (58) einer der Umlenkrollen (32) geleitet werden
kann oder nicht, oder statt Heißluft Kühlluft zur vom Prozessraum (28) abliegenden
Seite (58) einer der Umlenkrollen (32) geleitet werden kann.
13. Oxidationsofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulufteinrichtung (36, 38) mehrere Zuluftkästen (50) umfasst, die zwischen den
Ebenen des Faserteppichs (20) angeordnet sind und von einer Frischluftquelle (54)
gespeist werden.
14. Oxidationsofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftkästen (50) in horizontaler Richtung zwischen einer Betriebsstellung, in
welcher sie Heißluft zur vom Prozessraum (28) abliegenden Seite (58) der Umlenkrollen
(32) abgeben, und einer davon verschiedenen Wartungsstellung verschiebbar sind.
15. Oxidationsofen nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftkästen (50) mit aus dem Umlenkbereich (24, 26) entnehmbaren Luftführungskästen
(72) zusammenarbeiten.
16. Oxidationsofen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulufteinrichtung (36, 38) mehrere Klappenelemente (80) umfasst, die zwischen
den Ebenen des Faserteppichs (20) angeordnet sind und von einer Frischluftquelle (54)
gespeist werden und Heißluft durch einen Austrittsschlitz (80a) abgeben, wobei die
Klappenelemente (80) zwischen einer Betriebsstellung, in der der Austrittschlitz (80a)
nahe einer Ebene des Faserteppichs (20) angeordnet ist, und einer Wartungsstellung,
in der der Austrittschlitz (80a) weiter von dieser Ebene abliegt, um eine horizontale
Achse verschwenkbar sind.
1. An oxidation furnace for the oxidative treatment of fibres, in particular for producing
carbon fibres, having
a) a housing (12) which, apart from passage regions (18a, 18b) for the carbon fibres
(20), is gas-tight;
b) a process chamber (28) located in the interior (14) of the housing (12);
c) at least one air infeed device (36, 38) by means of which hot air may be blown
into the process chamber (28) ;
d) deflecting rollers (32) which flank the process chamber (28) and guide the fibres
(20), in the form of a carpet, through the process chamber (28) next to one another
in serpentine manner, with the carpet of fibres spanning a respective plane between
opposing deflecting rollers (32),
characterised in that
e) the air infeed device (36, 38) is set up such that hot air may be fed to the side
(58) of the deflecting rollers (32) remote from the process chamber (28), with the
result that hot air there flows over the respective deflecting roller (32) and the
fibres (20) before it enters the process chamber (28).
2. An oxidation furnace according to Claim 1, characterised in that the deflecting rollers (32) are arranged in a deflecting region (24, 26) of the housing
(12) which is separated, at least from the point of view of fluid mechanics, from
the process chamber (28).
3. An oxidation furnace according to Claim 2, characterised in that there are flow guide means (40) between the deflecting region (24, 26) and the process
chamber (28).
4. An oxidation furnace according to one of Claims 1 to 3, characterised in that the deflecting rollers (32) can be screened from the ambient atmosphere of the oxidation
furnace (10) by a housing element (62, 66, 74, 76, 84).
5. An oxidation furnace according to Claim 4, characterised in that the housing element (62, 66, 74, 76, 84) is arranged on the side (58) of the deflecting
rollers (32) remote from the process chamber (28) such that a flow channel for hot
air is formed between the housing element (62, 66, 74, 76, 84) and the deflecting
roller.
6. An oxidation furnace according to Claim 4 or 5, characterised in that the housing element (62, 66, 74, 76, 84) is made from glass.
7. An oxidation furnace according to one of Claims 4 to 6, characterised in that access from the outside to at least one deflecting roller (32) may be freed by means
of the housing element (62, 66, 74, 76, 84).
8. An oxidation furnace according to one of Claims 4 to 7, characterised in that at least one housing element (62) is a plate that is mounted to pivot about a horizontal
axis (60).
9. An oxidation furnace according to one of Claims 4 to 8, characterised in that at least one housing element (66, 74) is a detachably fastened removable plate.
10. An oxidation furnace according to one of Claims 4 to 9, characterised in that at least one housing element (76) is a trough element that is slipped over the deflecting
roller (32) from the side (58) of the deflecting roller (32) that is remote from the
process chamber (28).
11. An oxidation furnace according to one of Claims 4 to 9, characterised in that at least one housing element (84) is a fin-like element that is mounted to turn about
a vertical axis (82).
12. An oxidation furnace according to one of Claims 1 to 11, characterised in that the air infeed device (36, 38) is set up such that hot air may optionally be fed
or not fed to the side (58) of one of the deflecting rollers (32) remote from the
process chamber (28), or, instead of hot air, cool air may be fed to the side (58)
of one of the deflecting rollers (32) remote from the process chamber (28).
13. An oxidation furnace according to Claim 12, characterised in that the air infeed device (36, 38) includes a plurality of air infeed boxes (50) which
are arranged between the planes of the carpet of fibres (20) and are fed from a fresh
air source (54).
14. An oxidation furnace according to Claim 13, characterised in that the air infeed boxes (50) may be displaced in the horizontal direction between an
operational position, in which they emit hot air to the side (58) of the deflecting
rollers (32) remote from the process chamber (28), and a maintenance position which
is different therefrom.
15. An oxidation furnace according to Claim 13, characterised in that the air infeed boxes (50) cooperate with air guidance boxes (72) that can be removed
from the deflecting region (24, 26).
16. An oxidation furnace according to Claim 12, characterised in that the air infeed device (36, 38) includes a plurality of flap elements (80) which are
arranged between the planes of the carpet of fibres (20), are fed from a fresh air
source (54) and emit hot air through an exit slot (80a), wherein the flap elements
(80) may be pivoted about a horizontal axis between an operational position, in which
the exit slot (80a) is arranged close to a plane of the carpet of fibres (20), and
a maintenance position, in which the exit slot (80a) lies further away from this plane
1. Four d'oxydation pour le traitement oxydatif de fibres, en particulier pour la fabrication
de fibres de carbone, comprenant
a) un boîtier (12), lequel, à l'exception de zones de passage (18a, 18b) pour les
fibres de carbone (20), est étanche aux gaz ;
b) une chambre de traitement (28) située dans l'espace intérieur (14) du boîtier (12);
c) au moins un dispositif d'amenée d'air (36, 38) au moyen duquel de l'air chaud peut
être insufflé dans la chambre de traitement (28) ;
d) des poulies de déviation (32), lesquelles flanquent la chambre de traitement (28)
et guident les fibres (20) juxtaposées sous la forme d'un tapis de façon sinueuse
à travers la chambre de traitement (28), le tapis de fibres définissant chaque fois
un plan entre des poulies de déviation (32) opposées,
caractérisé en ce que
e) le dispositif d'amenée d'air (36, 38) est conçu de façon que de l'air chaud puisse
être guidé vers le côté (58) des poulies de déviation (32) éloigné de la chambre de
traitement (28), de sorte que de l'air chaud s'écoule à cet endroit sur la poulie
de déviation (32) respective et sur les fibres (20) avant de pénétrer dans la chambre
de traitement (28).
2. Four d'oxydation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les poulies de déviation (32) sont disposées dans une zone de déviation (24, 26)
du boîtier (12) qui est séparée, au moins fluidiquement, de la chambre de traitement
(28).
3. Four d'oxydation selon la revendication 2, caractérisé en ce que des moyens de guidage d'écoulement (40) sont présents entre la zone de déviation
(24, 26) et la chambre de traitement (28).
4. Four d'oxydation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les poulies de déviation (32) peuvent être protégées par un élément de boîtier (62,
66, 74, 76, 84) de l'atmosphère ambiante du four d'oxydation (10).
5. Four d'oxydation selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de boîtier (62, 66, 74, 76, 84) est disposé du côté (58) des poulies de
déviation (32) éloigné de la chambre de traitement (28) de façon qu'un canal d'écoulement
pour de l'air chaud soit formé entre élément de boîtier (62, 66, 74, 76, 84) et poulie
de déviation.
6. Four d'oxydation selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que l'élément de boîtier (62, 66, 74, 76, 84) est réalisé en verre.
7. Four d'oxydation selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'élément de boîtier (62, 66, 74, 76, 84) permet de libérer un accès par l'extérieur
à au moins une poulie de déviation (32).
8. Four d'oxydation selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'au moins un élément de boîtier (62) est une plaque montée pivotante autour d'un axe
horizontal (60).
9. Four d'oxydation selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'au moins un élément de boîtier (66, 74) est une plaque amovible fixée de manière détachable.
10. Four d'oxydation selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'au moins un élément de boîtier (76) est un élément en cuvette enfilé sur la poulie
de déviation (32) depuis le côté (58) de la poulie de déviation (32) qui est éloigné
de la chambre de traitement (28).
11. Four d'oxydation selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'au moins un élément de boîtier (84) est un élément de type lamelle monté tournant
autour d'un axe vertical (82).
12. Four d'oxydation selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif d'amenée d'air (36, 38) est conçu de façon que de l'air chaud puisse,
au choix, être guidé ou non vers le côté (58) d'une des poulies de déviation (32)
éloigné de la chambre de traitement (28), ou qu'au lieu d'air chaud, de l'air de refroidissement
puisse être guidé vers le côté (58) d'une des poulies de déviation (32) éloigné de
la chambre de traitement (28).
13. Four d'oxydation selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif d'amenée d'air (36, 38) comprend plusieurs caissons d'amenée d'air
(50) qui sont disposés entre les plans du tapis de fibres (20) et alimentés par une
source d'air frais (54).
14. Four d'oxydation selon la revendication 13, caractérisé en ce que les caissons d'amenée d'air (50) sont déplaçables dans la direction horizontale entre
une position de service dans laquelle ils délivrent de l'air chaud vers le côté (58)
des poulies de déviation (32) éloigné de la chambre de traitement (28) et une position
d'entretien différente de celle-ci.
15. Four d'oxydation selon la revendication 13, caractérisé en ce que les caissons d'amenée d'air (50) coopèrent avec des caissons de guidage d'air (72)
pouvant être retirés de la zone de déviation (24, 26).
16. Four d'oxydation selon la revendication 12, caractérisé en ce que le dispositif d'amenée d'air (36, 38) comprend plusieurs éléments formant clapet
(80) qui sont disposés entre les plans du tapis de fibres (20) et alimentés par une
source d'air frais (54) et qui délivrent de l'air chaud à travers une fente de sortie
(80a), les éléments formant clapet (80) pouvant pivoter autour d'un axe horizontal
entre une position de service, dans laquelle la fente de sortie (80a) est disposée
près d'un plan du tapis de fibres (20), et une position d'entretien dans laquelle
la fente de sortie (80a) est plus éloignée de ce plan.