EP3114261B1 - Heizvorrichtung zur herstellung von kohlenstofffasern - Google Patents

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EP3114261B1
EP3114261B1 EP15709412.9A EP15709412A EP3114261B1 EP 3114261 B1 EP3114261 B1 EP 3114261B1 EP 15709412 A EP15709412 A EP 15709412A EP 3114261 B1 EP3114261 B1 EP 3114261B1
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EP
European Patent Office
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heating device
induction heating
inert gas
heating element
starting material
Prior art date
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EP15709412.9A
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English (en)
French (fr)
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EP3114261A1 (de
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Daniel Decker
Michael WÖLKI
Phillip Schwerdt
Horst Linn
Rudolf Linn
Jürgen Kunstmann
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Clariant International Ltd
Linn High Therm GmbH
Original Assignee
Clariant International Ltd
Linn High Therm GmbH
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Publication date
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Publication of EP3114261B1 publication Critical patent/EP3114261B1/de
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    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
    • D01F9/00—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments
    • D01F9/08—Artificial filaments or the like of other substances; Manufacture thereof; Apparatus specially adapted for the manufacture of carbon filaments of inorganic material
    • D01F9/12—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof
    • D01F9/14—Carbon filaments; Apparatus specially adapted for the manufacture thereof by decomposition of organic filaments
    • D01F9/32—Apparatus therefor
    • D01F9/328—Apparatus therefor for manufacturing filaments from polyaddition, polycondensation, or polymerisation products
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D01—NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01F—CHEMICAL FEATURES IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OF CARBON FILAMENTS
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    • D02J—FINISHING OR DRESSING OF FILAMENTS, YARNS, THREADS, CORDS, ROPES OR THE LIKE
    • D02J13/00—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass
    • D02J13/001—Heating or cooling the yarn, thread, cord, rope, or the like, not specific to any one of the processes provided for in this subclass in a tube or vessel
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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/36—Coil arrangements
    • H05B6/44—Coil arrangements having more than one coil or coil segment

Definitions

  • the invention relates to a heating device for producing carbon fibers from a filamentary fiber starting material, the heating device having a central tubular induction heating element through which the fiber starting material is moved, the tubular induction heating element is surrounded by thermal insulation, an induction coil is provided outside the thermal insulation as a heating source, and an inert gas flows through the central induction heating element, in particular for carbonization and / or graphitization of the fiber starting material.
  • the US 4,469,925 discloses a heating device for workpieces made of carbon with a first heat insulation layer made of carbon powder and a second heat insulation layer made of a mixture of carbon and silicon powder.
  • a carbonization furnace with heat insulation which is composed of a carbon fiber felt and a ceramic fiber felt.
  • the carbon fiber felt and the ceramic fiber felt are spaced apart.
  • a heating device for producing carbon fibers in which the heating source is formed by a high-frequency induction coil.
  • the heat insulation consists of carbon particles with an average grain diameter of 0.5 to 1.5 mm and an angle of repose of ⁇ 35 °.
  • the carbon particles are obtained by granulating carbon black powder, which has an average grain diameter of about 50 to 300 ⁇ m, with a binder and by carbonizing the binder.
  • the heat insulation in this known heating device can consist of a relatively thin layer of carbon fiber felt and a layer of carbon particles provided around this felt layer.
  • the carbon fiber felt layer there is, for example, 10 to 15 mm, because it is easily subject to induction due to the high frequency generated by the high-frequency coil, as stated in column 8, lines 45 to 51.
  • the Thermal insulation of this known heating device is provided in a tube made of a heat-resistant material immediately adjacent to this.
  • the tube made of the heat-resistant material is hermetically sealed at its two axially facing ends by cover elements.
  • One of the two cover elements is designed with a gas inlet and a gas outlet for the inert gas.
  • the inert gas is, for example, nitrogen, argon, helium or the like.
  • This vertically oriented heating device has deficiencies in terms of its energy balance, although it should not be overlooked that its energy balance is better than the energy balance of a generic heating device which uses an electrical resistance heater instead of a high-frequency induction coil.
  • GB 808 442 A and US 3,883,718 A also disclose heaters for making carbon fibers from a filamentary fiber stock, the heaters having a central tubular induction heater.
  • the invention has for its object to provide a heating device of the type mentioned, in which the energy balance is significantly improved with structurally simple means.
  • the heating source is formed by at least one medium to high frequency induction coil, and that on the outside of the heat insulation a first and a second tubular element made of material transparent to the induction field of the medium to high frequency induction coil are provided, which are separated from one another by are spaced an annular gap through which the inert gas flows, the inert gas is passed through the annular gap between the first and the second tubular element and through the central tubular induction heating element in countercurrent, at the two axially facing ends of the central tubular induction heating element and the first and a second tubular element, a cover element is provided, the one cover element for deflecting the inert gas from the annular gap between the first and the second tubular element to the central tubular induction heating element and the other cover element for introducing the inert gas it is provided in the annular gap between the first and the second tubular element and for discharging the inert gas from the central tubular induction heating element.
  • the heating device uses a medium to high-frequency induction coil as the heating source. This is in the frequency range of the induction coil Heat insulation used according to the invention is transparent, ie an undesired dissipation of the induction field into the heat insulation is negligible.
  • the inert gas not only the central tubular induction heating element but upstream beforehand Through the annular gap between the first and the second tubular element on the outside of the thermal insulation, an energy saving is advantageously achieved because cold inert gas is heated in the said annular gap so that it enters the central tubular induction heating element at an elevated temperature and here the desired high Temperature reached in particular for carbonization and / or graphitization of the filamentary fiber starting material with an overall reduced use of energy.
  • gas guide elements are provided in the said annular gap.
  • the gas guide elements can be guide ribs, knobs, or the like. act. With the help of the gas guide elements, the dwell time of the inert gas in the annular gap is increased in a defined manner. The preheating or heating of the inert gas at the point of exit from the annular gap is proportional to this increase in the residence time.
  • the inert gas is passed through the annular gap between the first and the second tubular element and through the central tubular induction heating element in countercurrent, i.e. when the inert gas is passed through the annular gap in one axial direction and in the central tubular induction heating element in the axially opposite direction.
  • This counterflow control of the inert gas can be implemented in a structurally simple manner.
  • Optimal carbonization and / or graphitization of the filamentary fiber starting material can be achieved according to the invention by passing the inert gas through the central induction heating element in one axial direction and at the same time moving the filamentary fiber starting material in the opposite direction through the induction heating element.
  • the heating device according to the invention can be used to move at least one fiber starting material thread through the central tubular induction heating element. From a productivity point of view, it is advantageous if the heating device according to the invention is provided for a number of fiber starting material threads to be moved simultaneously through the central induction heating element, the fiber starting material threads being spaced apart from one another in one or more planes.
  • the induction heating element can have a circular or an oval ring cross section.
  • the thermal insulation surrounding the central tubular induction heating element can have a circular outer surface or an oval outer surface adapted to the oval ring cross section.
  • the heat insulation consists of a carbon fiber felt.
  • the thermal insulation it is possible for the thermal insulation to have an inner layer made of a carbon fiber felt and an outer layer made, for example, of Al 2 O 3 fibers or of Al 2 O 3 / SiO 2 fibers.
  • the efficiency of the heating device according to the invention can advantageously be further improved, i.e. can be increased if the thermal insulation is spaced from the central tubular induction heating element by an annular gap through which a portion of the inert gas flows.
  • the flow of the inert gas in the last-mentioned annular gap and the flow of the inert gas in the central tubular induction heating element expediently run in the same direction, i.e. in parallel directions.
  • a cover element is provided on each of the two axially facing ends of the central tubular induction heating element and the first and second tubular elements of the heating device according to the invention.
  • the two cover elements are hermetically sealed on the outside tubular element.
  • a lock device for the thread-like fiber starting material to be carbonized and / or graphitized is preferably provided on the outside.
  • the cover elements are expediently each equipped with a cooling device.
  • Water for example, can be used as the cooling medium.
  • a radiation screen perforated disk is expediently provided in the central tubular induction heating element at the two axially facing end sections in order to minimize possible heat losses in the central tubular induction heating element and consequently to optimize the efficiency of the heating device.
  • the same purpose can be useful if at least one radiation shield ring disk is adjacent to the two axially facing end faces of the thermal insulation.
  • the cover elements of the heating device according to the invention can be made, for example, of aluminum, an aluminum alloy, stainless steel or the like. consist.
  • the cooling of the cover elements can be, for example, water cooling, as has already been explained.
  • At least the first tubular element adjacent for thermal insulation is provided on the inside and / or outside with an infrared reflection coating.
  • the infrared reflective coating can be a full-surface or a partial coating. In the case of a partial coating, this can be strip-like, grid-like, punctiform or the like. be trained.
  • Figure 1 shows schematically an embodiment of the heating device 10 for the production of carbon fibers from a thread-like fiber starting material 12.
  • filamentary fiber starting material is oxidized in a known manner in a first process step at temperatures up to 400 ° C., then carbonized at 400 ° C. to approx. 1600 ° C. and then graphitized at 1600 ° C. to 2800 ° C.
  • the heating device according to the invention is used in particular for carbonizing the filamentary fiber starting material.
  • the heating device according to the invention can also be used for graphitizing the filamentary fiber starting material if the at least one medium to high-frequency induction coil is dimensioned accordingly.
  • a heating device according to the invention for carbonizing can be used in combination with a further heating device according to the invention for graphitizing.
  • the heating device according to the invention in multiple zones, i.e. to form the medium to high frequency induction coil in several parts, at least one medium to high frequency induction coil for carbonizing and at least one further medium to high frequency induction coil being provided for graphitizing the filamentary fiber starting material.
  • the heating device 10 has a central tubular induction heating element 14 through which the filamentary fiber starting material is moved.
  • the direction of movement of the filamentary fiber starting material 12 is indicated by the arrow 16.
  • the central tubular induction heating element 14 is surrounded by thermal insulation 18.
  • the heat insulation 18 consists of a carbon fiber felt 20.
  • an induction coil is provided as the heat source, which is a medium to high-frequency induction coil 22 which is operated, for example, at a frequency of approximately 5 kHz to approximately 40 kHz. it being understood that other frequencies can also be used.
  • the thermal insulation 18 made of carbon fiber felt 20 is transparent to the induction field generated by the induction coil 22, i. H. the coupling of the induction field into the thermal insulation 18 is negligible.
  • An inert gas flows through the central tubular induction heating element 14 for the carbonization and / or graphitization of the filamentary fiber starting material 12. This is indicated by the arrows 24.
  • the inert gas is passed through the central tubular induction heating element 14 in the one axial direction indicated by the arrows 24.
  • the filamentary starting material 12 to be carbonized and / or graphitized is moved through the central tubular induction heating element 14 in the opposite direction indicated by the arrow 16.
  • a first pipe element 26 and a second pipe element 28 radially spaced therefrom are provided on the outside of the heat insulation 18, which consist of a material which is transparent to the induction field of the induction coil 22.
  • This material is, for example Quartz glass.
  • the first tube element 26 to consist, for example, of quartz glass and the two tube element 28 to consist of borosilicate glass.
  • the two tubular elements 26 and 28 are spaced apart from one another by an annular gap 30.
  • the inert gas flows through the annular gap 30.
  • gas guide elements 32 expediently consist of the same material as the first and / or second tubular element 28.
  • the inert gas is heated by the induction field of the medium to high frequency induction coil 22.
  • the heated inert gas is then introduced into the central space 34 of the tubular induction heating element 14. Is in Figure 1 indicated by the curved arrow 36.
  • the inert gas is through the annular gap 30 between the first and second tubular elements 26 and 28 in the direction indicated by the arrow 38 and then by the central tubular induction heating element 14 in the opposite direction indicated by the arrows 24, ie in counterflow, passed through.
  • the heating device 10 is a heating device, for example for a laboratory system or the like. acts, the heating device 10 is provided for a fiber starting material thread 12.
  • the heating device 10 is preferably designed such that a number of fiber starting material threads 12 can be moved simultaneously through the central tubular induction heating element 14, the fiber starting material threads 12 preferably being spaced apart from one another in at least one common plane or in several slightly spaced apart from one another Levels. This level or levels are to the drawing level of the Figure 1 perpendicular.
  • the central tubular induction heating element 14 with the thermal insulation 18, the first and the second tubular elements 26 and 28 and the medium to high frequency induction coil 22 form a self-supporting central body 40 of the heating device 10, at the ends 42, 44 of which axially facing away from each other a cover element 46 , 48 is provided.
  • the cover elements 46 and 48 are in Figure 1 drawn only very schematically and spaced from the central body 40. In the assembled state of the heating device 10, the cover elements 46, 48 are hermetically sealed to the end sections 50, 52 of the outside second tubular element 28. This is indicated, for example, by sealing beads 54, 56 with which the cover elements 46, 48 are provided.
  • the cover element 46 is for deflecting the inert gas from the annular gap 30 between the first and the second tubular element 26, 28 to the central tubular induction heating element 14, i.e. for deflecting in the central space 34, as indicated by the curved arrow 36, is provided.
  • the cover element 46 is preferably formed with a (not shown) deflection cavity for the inert gas.
  • the opposite other cover element 48 is provided for introducing the inert gas into the annular gap 30 between the first and second tubular elements 26, 28 and for discharging the inert gas from the central space 34 of the central tubular induction heating element 14.
  • the cover element 48 which is also shown only very schematically, is provided with an inlet 58 for the inert gas and outlet 60 for discharging the same, the cover element 48 likewise being designed with partial cavities (not shown) to which the inlet 58 and the outlet 60 are assigned are.
  • the introduction of the inert gas into the cover element 48 is indicated by the arrow 62 and the discharge of the inert gas from the cover element 48 is indicated by the arrow 64.
  • each cover element 46, 48 is each formed with a cooling 70, which is, for example, a water cooling.
  • Reference numeral 72 denotes a cooling medium inlet and reference numeral 74 denotes a cooling medium outlet belonging to the respective cooling medium inlet 72.
  • the respective cover element 46, 48 is provided on the inside with slightly frustoconical positioning and centering pins 76 which, when the cover elements 46, 48 are assembled, project with the central body 40 into the annular gap 30 between the first and the second tubular elements 26, 28 with virtually no play.
  • the cover elements 46, 48 are also provided on the inside with positioning and centering pins 78, which interact with the central tubular induction heating element 14 in the assembled state of the heating device 10, as it were, without play.
  • a radiation screen perforated disk 80 is provided at each of the two axially facing end sections in order to localize the heat generated by the induction heating element 14 in the central space 34.
  • At least one radiation shield washer 84 is adjacent to each of the two axially facing end faces 82 of the thermal insulation 18. In Figure 1 two radiation shield washers 84 are shown axially spaced apart from each other.
  • At least the first tubular element 26 adjacent to the heat insulation 18 can be provided on the inside and or on the outside with an infrared reflection coating 86.
  • the reflection coatings can be formed over the entire surface or over part of the surface. In the case of a partial coating, this can be configured, for example, in the form of a strip, a lattice, a chaotic spot or a grid.
  • the reference number 88 designates axially oriented strip elements, by means of which the windings of the medium to high frequency induction coil 22 are connected to one another and spaced apart from one another in a defined manner.
  • FIG 1 an embodiment of the heating device 10 is shown schematically, in which the thermal insulation 18 - as has been mentioned - consists of a carbon fiber felt 20.
  • the Figure 2 A section of the central body 40 is cut longitudinally on one side in sections, the heat insulation 18 having an inner layer 90 and an outer layer 92.
  • the inner layer 90 consists of a carbon fiber felt 20 and the outer layer 92, for example, of Al 2 O 3 fibers.
  • FIG. 3 clarified in one of the Figure 2 Similar half-sided longitudinal sectional view of a portion of the self-supporting central body 40 of the heating device according to the invention.
  • This embodiment differs from that in FIG Figure 2 schematically illustrated embodiment in that the thermal insulation 18 is spaced from the central tubular induction heating element 14 by an annular gap 94 through which the inert gas flows. This is indicated by arrow 96.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Heizvorrichtung zur Herstellung von Kohlenstofffasern aus einem fadenförmigen Faserausgangsmaterial, wobei die Heizvorrichtung ein zentrales rohrförmiges Induktionsheizelement aufweist, durch das das Faserausgangsmaterial hindurchbewegt wird, das rohrförmige Induktionsheizelement von einer Wärmeisolierung umgeben ist, als Heizquelle eine Induktionsspule außerhalb der Wärmeisolierung vorgesehen ist, und das zentrale Induktionsheizelement insbesondere zur Karbonisierung und/oder Grafitisierung des Faserausgangsmaterials von einem Inertgas durchströmt wird.
  • Die US 4 469 925 offenbart eine Heizvorrichtung für Werkstücke aus Karbon mit einer ersten Wärmeisolierungslage aus Karbonpulver und einer zweiten Wärmeisolierungslage aus einer Mischung aus Karbon und Siliziumpulver.
  • Aus der DE 37 87 582 T2 ist ein Karbonisierungsofen mit einer Wärmeisolierung bekannt, die aus einem Karbonfaserfilz und einem Keramikfaserfilz zusammengesetzt ist. Der Karbonfaserfilz und der Keramikfaserfilz sind voneinander beabstandet.
  • Aus der DE 30 31 303 C2 ist eine Heizvorrichtung zur Herstellung von Kohlenstofffasern bekannt, bei der die Heizquelle von einer Hochfrequenz-Induktionsspule gebildet ist. Die Wärmeisolierung besteht aus Kohlenstoffteilchen, die einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 0,5 bis 1,5 mm und einen Schüttwinkel von ≤ 35° aufweisen. Die Kohlenstoffteilchen werden durch Granulieren von Russpulver, das einen durchschnittlichen Korndurchmesser von etwa 50 bis 300 µm aufweist, mit einem Bindemittel und durch Carbonisieren des Bindemittels erhalten. Die Wärmeisolierung kann bei dieser bekannten Heizvorrichtung aus einer relativ dünnen Schicht Kohlenstofffaser-Filz und einer um diese Filzschicht herum vorgesehenen Schicht der Kohlenstoffteilchen bestehen. Die Kohlenstofffaser-Filzschicht beträgt dort bspw. 10 bis 15 mm, weil sie durch die von der Hochfrequenzspule erzeugte Hochfrequenz leicht einer Induktion unterliegt, wie in Spalte 8, Zeile 45 bis 51 ausgeführt wird. Die Wärmeisolierung dieser bekannten Heizvorrichtung ist in einem Rohr aus einem wärmebeständigen Material an dieses unmittelbar angrenzend vorgesehen. Das Rohr aus dem wärmebeständigen Material ist an seinen beiden voneinander axial abgewandten Enden durch Deckelelemente hermetisch dicht verschlossen. Das eine der beiden Deckelelemente ist mit einem Gaseinlass und einem Gasauslass für das Inertgas ausgebildet. Bei dem Inertgas handelt es sich bspw. um Stickstoff, Argon, Helium o.dgl.
  • Diese vertikal orientierte Heizvorrichtung weist bezüglich ihrer Energie-Bilanz Mängel auf, wobei nicht verhehlt werden soll, dass ihre Energiebilanz besser ist als die Energiebilanz einer gattungsgemäßen Heizvorrichtung, die anstelle einer Hochfrequenz-Induktionsspule eine elektrische Widerstandsheizung verwendet.
  • US 3 900 540 A , GB 808 442 A und US 3 883 718 A offenbaren auch Heizvorrichtungen zur Herstellung von Kohlenstofffasern aus einem fadenförmigen Faserausgangsmaterial, wobei die Heizvorrichtungen ein zentrales rohrförmiges Induktionsheizelement aufweisen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Heizvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher die Energiebilanz mit konstruktiv einfachen Mitteln wesentlich verbessert ist.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1, d. h. dadurch gelöst, dass die Heizquelle von mindestens einer Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule gebildet ist, und dass an der Außenseite der Wärmeisolierung ein erstes und ein zweites Rohrelement aus für das Induktionsfeld der Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule transparentem Material vorgesehen sind, die voneinander durch einen Ringspalt beabstandet sind, der von dem Inertgas durchströmt wird, das Inertgas durch den Ringspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement und durch das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement im Gegenstrom hindurchgeleitet wird, wobei an den beiden voneinander axial abgewandten Enden des zentralen rohrförmigen Induktionsheizelementes und des ersten und zweiten Rohrelementes jeweils ein Deckelelement vorgesehen ist, wobei das eine Deckelelement zum Umlenken des Inertgases vom Ringspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement zum zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement und das andere Deckelelement zum Einleiten des Inertgases in den Ringspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement und zum Ausleiten des Inertgases aus dem zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement vorgesehen ist.
  • Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung verwendet als Heizquelle eine Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule. Im Frequenz-Bereich der Induktionsspule ist die erfindungsgemäß angewandte Wärmeisolierung transparent, d.h. eine unerwünschte Dissipation des Induktionsfeldes in die Wärmeisolierung ist vernachlässigbar gering.
  • Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung das Inertgas nicht nur das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement sondern stromaufwärts vorher den Ringspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement an der Außenseite der Wärmeisolierung durchströmt, wird in vorteilhafter Weise eine EnergieErsparnis erzielt, weil kaltes Inertgas im besagten Ringspalt erwärmt wird, so dass es in das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement mit einer erhöhten Temperatur eintritt und hier die gewünschte hohe Temperatur insbesondere zur Karbonisierung und/oder Grafitisierung des fadenförmigen Faserausgangsmaterials mit insgesamt reduziertem Energieeinsatz erreicht.
  • Zur gezielten Führung des Inertgases durch den Ringspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement hat es sich als vorteilhaft erwiesen wenn in dem besagten Ringspalt Gasführungselemente vorgesehen sind. Bei den Gasführungselementen kann es sich um Führungsrippen, Noppen, o.dgl. handeln. Mit Hilfe der Gasführungselemente wird die Verweildauer des Inertgases im Ringspalt definiert vergrößert. Zu dieser Vergrößerung der Verweildauer ist die Vor-Erwärmung bzw. Erhitzung des Inertgases an der Austrittsstelle aus dem Ringspalt proportional.
  • Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn das Inertgas durch den Ringspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement und durch das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement im Gegenstrom hindurchgeleitet wird, d.h. wenn das Inertgas durch den Ringspalt in der einen axialen Richtung und im zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement in der axial entgegengesetzten Richtung hindurch geleitet wird. Diese Gegenstrom-Lenkung des Inertgases ist auf konstruktiv einfache Weise realisierbar.
  • Eine optimale Karbonisierung und/oder Grafitisierung des fadenförmigen Faserausgangsmaterials ist erfindungsgemäß dadurch erreichbar, dass das Inertgas durch das zentrale Induktionsheizelement in der einen axialen Richtung durchgeleitet und gleichzeitig das fadenförmige Faserausgangsmaterial in der entgegengesetzten Richtung durch das Induktionsheizelement hindurch bewegt wird.
  • Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kann dazu verwendet werden, mindestens einen Faserausgangsmaterial-Faden durch das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement hindurch zu bewegen. Unter Produktivitäts-Gesichtspunkten ist es vorteilhaft, wenn die erfindungsgemäße Heizvorrichtung dazu vorgesehen ist, dass eine Anzahl Faserausgangsmaterial-Fäden simultan durch das zentrale Induktions-Heizelement hindurch bewegt werden, wobei die Faserausgangsmaterial-Fäden voneinander beabstandet in einer Ebene oder in mehreren Ebenen liegen. Bei einer solchen Heizvorrichtung der zuletzt genannten Art kann das Induktionsheizelement einen kreisrunden oder einen ovalen Ringquerschnitt aufweisen. Dementsprechend kann die das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement umgebende Wärmeisolierung eine kreisrunde oder eine an den ovalen Ringquerschnitt angepasste ovale Außenmantelfläche aufweisen.
  • Als vorteilhaft hat es sich bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung, die als Heizquelle eine Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule verwendet, erwiesen, wenn die Wärmeisolierung aus einem Kohlenstofffaser-Filz besteht. Desgleichen ist es erfindungsgemäß möglich, dass die Wärmeisolierung eine Innenlage aus einem Kohlenstofffaser-Filz und eine Außenlage bspw. aus Al2O3-Fasern oder aus Al2O3 / SiO2-Fasern aufweist.
  • Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung kann in vorteilhafter Weise weiter verbessert, d.h. erhöht werden, wenn die Wärmeisolierung von dem zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement durch einen Ringspalt beabstandet ist, der von einer Teilmenge des Inertgases durchströmt wird. Dabei verläuft die Strömung des Inertgases in dem zuletzt genannten Ringspalt und die Strömung des Inertgases im zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement zweckmäßigerweise in die gleiche Richtung, d.h. in zueinander parallelen Richtungen.
  • An den beiden voneinander axial abgewandten Enden des zentralen rohrförmigen Induktionsheizelementes und des ersten und zweiten Rohrelementes der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung ist jeweils ein Deckelelement vorgesehen.
  • Die beiden Deckelelemente sind an dem außenseitigen Rohrelement hermetisch dicht angebracht.
  • Als vorteilhaft hat es sich bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung erwiesen, wenn das eine Deckelelement zum Umlenken des Inertgases vom Ringspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement zum zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement und das andere Deckelelement zum Einleiten des Inertgases in den Ringspalt zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement und zum Ausleiten des Inertgases aus dem zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement vorgesehen ist.
  • An jedem der beiden Deckelelemente ist außenseitig vorzugsweise jeweils eine Schleuseneinrichtung für das zu karbonisierende und/oder zu grafitisierende fadenförmige Faserausgangsmaterial vorgesehen.
  • Die Deckelelemente sind zweckmäßigerweise jeweils mit einer Kühlvorrichtung ausgestattet. Als Kühlmedium kann bspw. Wasser zur Anwendung gelangen.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement aus CFC (= Carbon fiber reinforced carbon) besteht. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn es sich bei den zur Verstärkung eingesetzten Karbonfasern um Endlosfasern handelt.
  • Im zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement ist an den beiden voneinander axial abgewandten Endabschnitten zweckmäßigerweise jeweils eine Strahlungsschirm-Lochscheibe vorgesehen, um mögliche Wärmeverluste im zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement zu minimieren und folglich den Wirkungsgrad der Heizvorrichtung zu optimieren. Dem gleichen Zweck kann es dienlich sein, wenn zu den beiden voneinander axial abgewandten Stirnseiten der Wärmeisolierung jeweils mindestens eine Strahlungsschirm-Ringscheibe benachbart ist.
  • Die Deckelelemente der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung können bspw. aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung, aus Edelstahl o.dgl. bestehen. Bei der Kühlung der Deckelelemente kann es sich bspw. um eine Wasserkühlung handeln, wie bereits ausgeführt worden ist.
  • Vorteilhaft kann es sein, wenn bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung zumindest das zur Wärmeisolierung benachbarte erste Rohrelement innenseitig und/oder außenseitig mit einer Infrarot-Reflexionsbeschichtung versehen ist. Bei der Infrarot-Reflexionsbeschichtung kann es sich um eine vollflächige oder um eine partielle Beschichtung handeln. Im Falle einer partiellen Beschichtung kann diese streifenförmig, gitterförmig, punktuell o.dgl. ausgebildet sein.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung.
  • Es zeigen:
    • Figur 1 halbseitig geschnitten, abschnittweise eine Ausführungsform der Heizvorrichtung, wobei die beiden voneinander axial abgewandten Deckelelemente von dem selbsttragenden Zentralkörper der Heizvorrichtung axial beabstandet, teilweise aufgeschnitten gezeichnet sind,
    • Figur 2 halbseitig längsgeschnitten einen Abschnitt einer anderen Ausführungsform des Zentralkörpers der Heizvorrichtung, und
    • Figur 3 eine der Figur 2 ähnliche Darstellung noch einer anderen Ausführungsform des Zentralkörpers der Heizvorrichtung.
  • Figur 1 zeigt schematisch eine Ausbildung der Heizvorrichtung 10 zur Herstellung von Kohlenstofffasern aus einem fadenförmigen Faserausgangsmaterial 12. Bei dem fadenförmigen Faserausgangsmaterial 12 handelt es sich um ein kohlenstoffhaltiges Fasermaterial geeignet zur Herstellung von Karbonfasern, vorzugsweise um ein Fasermaterial auf der Basis von PAN (=Polyacrylnitril).
  • Fadenförmiges Faserausgangsmaterial wird zur Herstellung von Kohlenstofffasern in bekannter Weise in einem ersten Verfahrensschritt bei Temperaturen bis 400 °C oxidiert, anschließend bei 400 °C bis ca. 1600 °C karbonisiert und danach bei 1600 °C bis 2800 °C grafitisiert. Die erfindungsgemäße Heizvorrichtung kommt insbesondere zum Karbonisieren des fadenförmigen Faserausgangsmaterials zur Anwendung. Es versteht sich jedoch, dass die erfindungsgemäße Heizvorrichtung bei entsprechender Dimensionierung der mindestens einen Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule auch zum Grafitisieren des fadenförmigen Faserausgangsmaterials zur Anwendung gelangen kann. Gegebenenfalls kann eine erfindungsgemäße Heizvorrichtung zum Karbonisieren mit einer weiteren erfindungsgemäßen Heizvorrichtung zum Grafitisieren in Kombination zur Anwendung gelangen.
  • Noch eine andere Möglichkeit besteht darin, die erfindungsgemäße Heizvorrichtung mehrzonig zu gestalten, d.h. die Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule mehrteilig auszubilden, wobei mindestens eine Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule zum Karbonisieren und mindestens eine weitere Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule zum Grafitisieren des fadenförmigen Faserausgangsmaterials vorgesehen ist.
  • Die Heizvorrichtung 10 weist ein zentrales rohrförmiges Induktionsheizelement 14 auf, durch das das fadenförmige Faserausgangsmaterial hindurch bewegt wird. Die Bewegungsrichtung des fadenförmigen Faserausgangsmaterials 12 ist durch den Pfeil 16 angedeutet.
  • Das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement 14 besteht vorzugsweise aus CFC (=Carbon fiber reinforced carbon). Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn es sich bei den zur Verstärkung eingesetzten Karbonfasern um Endlosfasern handelt. Es versteht sich, dass auch andere das Induktionsfeld der Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule induktiv ankoppelnde, hitzebeständige Materialien, wie Wolfram o.dgl. zur Anwendung gelangen könnten. Im Vergleich zu solchen Materialien der zuletzt genannten Art weist CFC jedoch den erheblichen Vorteil eines geringen Anschaffungs-Preises auf.
  • Das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement 14 ist von einer Wärmeisolierung 18 umgeben. Die Wärmeisolierung 18 besteht aus einem Kohlenstofffaser-Filz 20.
  • Außerhalb der Wärmeisolierung 18 aus Kohlenstofffaser-Filz 20 ist als Heizquelle eine Induktionsspule vorgesehen, bei der es sich um eine Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule 22 handelt, die bspw. mit einer Frequenz von ca. 5 kHz bis ca. 40 kHz betrieben wird, wobei es sich versteht, dass auch andere Frequenzen zur Anwendung gelangen können. Im angewandten Frequenzbereich ist die Wärmeisolierung 18 aus Kohlenstofffaser-Filz 20 für das von der Induktionsspule 22 generierte Induktionsfeld transparent, d. h. die Einkopplung des Induktionsfeldes in die Wärmeisolierung 18 ist vernachlässigbar gering.
  • Das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement 14 wird zur Karbonisierung und/oder Grafitisierung des fadenförmigen Faserausgangsmaterials 12 von einem Inertgas durchströmt. Das ist durch die Pfeile 24 angedeutet.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, wird das Inertgas durch das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement 14 in der durch die Pfeile 24 angedeuteten einen axialen Richtung durchgeleitet. Gleichzeitig wird das zu karbonisierende und/oder zu grafitisierende fadenförmige Ausgangsmaterial 12 in der durch den Pfeil 16 angedeuteten entgegengesetzten Richtung durch das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement 14 hindurch bewegt.
  • Um erfindungsgemäß eine Heizvorrichtung 10 mit einem vergleichsweise hohen Wirkungsgrad zu erzielen, sind an der Außenseite der Wärmeisolierung 18 ein erstes Rohrelement 26 und ein davon radial beabstandetes zweites Rohrelement 28 vorgesehen, die aus einem für das Induktionsfeld der Induktionsspule 22 transparenten Material bestehen. Bei diesem Material handelt es sich bspw. um Quarzglas. Es ist auch möglich, dass das erste Rohrelement 26 bspw. aus Quarzglas und das zwei Rohrelement 28 aus Borosilikatglas besteht.
  • Die beiden Rohrelemente 26 und 28 sind voneinander durch einen Ringspalt 30 beabstandet. Der Ringspalt 30 wird von dem Inertgas durchströmt. Um die Inertgas-Strömung im Ringspalt 30 definiert zu lenken und auf diese Weise die Verweildauer des Inertgases im Ringspalt 30 zu verlängern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn im Ringspalt 30 eine Anzahl Gasführungselemente 32 vorgesehen sind. Die Gasführungselemente 32 bestehen zweckmäßigerweise aus demselben Material wie das erste und/oder zweite Rohrelement 28.
  • Im Ringspalt 30 wird das Inertgas durch das Induktionsfeld der Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule 22 erwärmt. Das erwärmte Inertgas wird dann in den Zentralraum 34 des rohrförmigen Induktionsheizelementes 14 eingeleitet. Das ist in Figur 1 durch den bogenförmigen Pfeil 36 angedeutet. Wie deutlich ersichtlich ist, wird das Inertgas durch den Ringspalt 30 zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement 26 und 28 in der durch den Pfeil 38 angedeuteten einen Richtung und anschließend durch das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement 14 in der durch die Pfeile 24 angedeuteten entgegengesetzten Richtung, d. h. im Gegenstrom, hindurch geleitet.
  • Insbesondere wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung 10 um eine Heizvorrichtung bspw. für eine Laboranlage o.dgl. handelt, ist die Heizvorrichtung 10 für einen Faserausgangsmaterial-Faden 12 vorgesehen. Im industriellen Einsatz ist die Heizvorrichtung 10 vorzugsweise derartig ausgebildet, dass eine Anzahl Faserausgangsmaterial-Fäden 12 simultan durch das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement 14 hindurch bewegt werden können, wobei die Faserausgangsmaterial-Fäden 12 vorzugsweise voneinander beabstandet in mindestens einer gemeinsamen Ebene oder in mehreren voneinander geringfügig beabstandeten Ebenen liegen. Diese Ebene bzw. Ebenen sind zur Zeichnungsebene der Figur 1 senkrecht.
  • Das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement 14 mit der Wärmeisolierung 18, dem ersten und den zweiten Rohrelement 26 und 28 und der Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule 22 bilden einen selbsttragenden Zentralkörper 40 der Heizvorrichtung 10, an dessen voneinander axial abgewandten Enden 42, 44 jeweils ein Deckelelement 46, 48 vorgesehen ist. Die Deckelelemente 46 und 48 sind in Figur 1 nur sehr schematisch und vom Zentralkörper 40 beabstandet gezeichnet. Im zusammengebauten Zustand der Heizvorrichtung 10 sind die Deckelelemente 46, 48 an den Endabschnitten 50, 52 des außenseitigen zweiten Rohrelementes 28 hermetisch abdichtend angebracht. Das ist bspw. durch Dichtungswülste 54, 56 angedeutet, mit welchen die Deckelelemente 46, 48 versehen sind.
  • Das Deckelelement 46 ist zum Umlenken des Inertgases vom Ringspalt 30 zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement 26, 28 zum zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement 14, d.h. zum Umlenken in dessen Zentralraum 34, wie es durch den bogenförmigen Pfeil 36 angedeutet ist, vorgesehen. Zu diesem Zwecke ist das Deckelelement 46 vorzugsweise mit einem (nicht gezeichneten) Umlenk-Hohlraum für das Inertgas ausgebildet. Das gegenüberliegende andere Deckelelement 48 ist zum Einleiten des Inertgases in den Ringspalt 30 zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement 26, 28 und zum Ausleiten des Inertgases aus dem Zentralraum 34 des zentralen rohrförmigen Induktionsheizelementes 14 vorgesehen. Zu diesem Zwecke ist das ebenfalls nur sehr schematisch gezeichnete Deckelelement 48 mit einem Einlass 58 für das Inertgas und Auslass 60 zum Ausleiten desselben versehen, wobei das Deckelelement 48 ebenfalls mit (nicht gezeichneten) Teilhohlräumen ausgebildet ist, welchen der Einlass 58 und der Auslass 60 zugeordnet sind.
  • Das Einleiten des Inertgases in das Deckelelement 48 ist durch den Pfeil 62 und das Ausleiten des Inertgases aus dem Deckelelement 48 ist durch den Pfeil 64 angedeutet.
  • An das Deckelelement 46 ist außenseitig eine Schleuseneinrichtung 66 und am Deckelelement 48 ist außenseitig eine Schleuseneinrichtung 68 für das zu karbonisierende und/oder zu grafitisierende bzw. karbonisierte und/oder grafitisierte fadenförmige Faserausgangsmaterial 12 vorgesehen. Jedes Deckelelement 46, 48 ist jeweils mit einer Kühlung 70 ausgebildet, bei der es sich bspw. um eine Wasserkühlung handelt. Mit der Bezugsziffer 72 ist jeweils ein Kühlmedium-Einlass und mit der Bezugsziffer 74 ein zum jeweiligen Kühlmedium-Einlass 72 zugehöriger Kühlmedium-Auslass bezeichnet.
  • Das jeweilige Deckelelement 46, 48 ist innenseitig mit geringfügig kegelstumpfförmig verjüngten Positionier- und Zentrierzapfen 76 versehen, die im zusammengebauten Zustand der Deckelelemente 46, 48 mit dem Zentralkörper 40 in den Ringspalt 30 zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement 26, 28 quasi spielfrei hineinragen. Die Deckelelemente 46, 48 sind innenseitig außerdem mit Positionier- und Zentrierzapfen 78 versehen, die gleichsam spielfrei mit dem zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement 14 im zusammengebauten Zustand der Heizvorrichtung 10 zusammenwirken.
  • Im zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement 14 ist an den beiden voneinander axial abgewandten Endabschnitten jeweils eine Strahlungsschirm-Lochscheibe 80 vorgesehen, um die vom Induktionsheizelement 14 generierte Wärme im Zentralraum 34 zu lokalisieren. Zu den beiden voneinander axial abgewandten Stirnseiten 82 der Wärmeisolierung 18 ist jeweils mindestens eine Strahlungsschirm-Ringscheibe 84 benachbart. In Figur 1 sind jeweils zwei Strahlungsschirm-Ringscheiben 84 voneinander axial geringfügig beabstandet gezeichnet.
  • Zumindest das zur Wärmeisolierung 18 benachbarte erste Rohrelement 26 kann innenseitig und oder außenseitig mit einer Infrarot-Reflexionsbeschichtung 86 versehen sein. Die Reflexionsbeschichtungen können vollflächig oder teilflächig ausgebildet sein. Im Falle einer partiellen Beschichtung kann diese bspw. streifenförmig, gitterförmig, punktuell chaotisch oder in einem Rastergitter angeordnet ausgebildet sein.
  • Mit der Bezugsziffer 88 sind axial orientierte Leistenelemente bezeichnet, mittels welchen die Windungen der Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule 22 miteinander verbunden und voneinander definiert beabstandet sind.
  • In Figur 1 ist eine Ausbildung der Heizvorrichtung 10 schematisch gezeichnet, bei welcher die Wärmeisolierung 18 - wie erwähnt worden ist - aus einem Kohlenstofffaser-Filz 20 besteht. Demgegenüber verdeutlicht die Figur 2 halbseitig längsgeschnitten abschnittweise eine Ausbildung des Zentralkörpers 40, wobei die Wärmeisolierung 18 eine Innenlage 90 und eine Außenlage 92 aufweist. Die Innenlage 90 besteht aus einem Kohlenstofffaser-Filz 20 und die Außenlage 92 bspw. aus Al2O3-Fasern.
  • Gleiche Einzelheiten sind in Figur 2 mit denselben Bezugsziffern wie in Figur 1 bezeichnet, so dass es sich erübrigt, in Verbindung mit Figur 2 alle Einzelheiten noch einmal detailliert zu beschreiben.
  • Figur 3 verdeutlicht in einer der Figur 2 ähnlichen halbseitigen Längsschnittdarstellung einen Abschnitt des selbsttragenden Zentralkörpers 40 der erfindungsgemäßen Heizvorrichtung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der in Figur 2 schematisch verdeutlichten Ausführungsform dadurch, dass die Wärmeisolierung 18 von dem zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement 14 durch einen Ringspalt 94 beabstandet ist, der von dem Inertgas durchströmt wird. Das ist durch den Pfeil 96 angedeutet.
  • Gleiche Einzelheiten sind auch in Figur 3 mit denselben Bezugsziffern wie in den Figuren 1 und 2 bezeichnet, so dass es sich erübrigt, in Verbindung mit Figur 3 alle Einzelheiten noch einmal detailliert zu beschreiben.
    • Bezugszifferliste:
    • 10
    Heizvorrichtung (für 12)
    12
    fadenförmiges Faserausgangsmaterial
    14
    zentrales rohrförmiges Induktionsheizelement (von 10)
    16
    Pfeil/ Bewegungsrichtung (von 12)
    18
    Wärmeisolierung (von 10 für 14)
    20
    Kohlenstofffaser-Filz (von 18)
    22
    Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule (von 10 für 14)
    24
    Pfeil/Inertgas (für 12)
    26
    erstes Rohrelement (von 10)
    28
    zweites Rohrelement (von 10)
    30
    Ringspalt (zwischen 26 und 28)
    32
    Gasführungselemente (in 30)
    34
    Zentralraum (von 14)
    36
    bogenförmiger Pfeil (zwischen 30 und 34)
    38
    Pfeil (in 30)
    40
    selbsttragender Zentralkörper (von 10)
    42
    Ende (von 40)
    44
    Ende (von 40)
    46
    Deckelelement (bei 42)
    48
    Deckelelement (bei 44)
    50
    Endabschnitt (von 28)
    52
    Endabschnitt (von 28)
    54
    Dichtungswulst (von 46 für 50)
    56
    Dichtungswulst (von 48 für 52)
    58
    Einlass (an 48)
    60
    Auslass (an 48)
    62
    Pfeil (zwischen 58 und 30 bei 52)
    64
    Pfeil (zwischen 34 und 60)
    66
    Schleuseneinrichtung (an 46, 48)
    68
    Schleuseneinrichtung (an 48, 48)
    70
    Kühlvorrichtung (von 46, 48)
    72
    Kühlmedium-Einlass (an 46 für 70)
    74
    Kühlmedium-Auslass (an 46 für 70)
    76
    Positionier- und Zentrierzapfen (an 46, 48 für 32)
    78
    Positionier- und Zentrierzapfen (an 46, 48 für 14)
    80
    Strahlungsschirm-Lochscheibe (in 34)
    82
    Stirnseite (von 18)
    84
    Strahlungsschirm-Ringscheibe (bei 82)
    86
    Infrarot-Reflexionsbeschichtung (von 26 und/oder 28)
    88
    Leistenelement (von 22)
    90
    Innenlage (von 18)
    92
    Außenlage (von 18)
    94
    Ringspalt (zwischen 14 und 18)
    96
    Pfeil (in 94)

Claims (14)

  1. Heizvorrichtung zur Herstellung von Kohlenstofffasern aus einem fadenförmigen Faserausgangsmaterial (12), wobei die Heizvorrichtung (10) eine Heizquelle für ein zentrales rohrförmiges Induktionsheizelement (14) aufweist, durch das das Faserausgangsmaterial (12) hindurchbewegt wird, das rohrförmige Induktionsheizelement (14) von einer Wärmeisolierung (18) umgeben ist, als Heizquelle eine Induktionsspule außerhalb der Wärmeisolierung (18) vorgesehen ist, und das zentrale Induktionsheizelement (14) insbesondere zur Karbonisierung und/oder Grafitisierung des Faserausgangsmaterials (12) von einem Inertgas durchströmt wird,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Heizquelle von mindestens einer Mittel- bis Hochfrequenz-Induktionsspule (22) gebildet ist, und dass an der Außenseite der Wärmeisolierung (18) ein erstes und ein zweites Rohrelement (26, 28) aus für das Induktionsfeld der Induktionsspule (22) transparentem Material vorgesehen sind, die voneinander durch einen Ringspalt (30) beabstandet sind, der von dem Inertgas durchströmt wird, das Inertgas durch den Ringspalt (30) zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement (26, 28) und durch das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement (14) im Gegenstrom hindurchgeleitet wird, wobei an den beiden voneinander axial abgewandten Enden (42, 44) des zentralen rohrförmigen Induktionsheizelementes (14) und des ersten und zweiten Rohrelementes (26, 28) jeweils ein Deckelelement (46, 48) vorgesehen ist, wobei das eine Deckelelement (46) zum Umlenken des Inertgases vom Ringspalt (30) zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement (26, 28) zum zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement (14) und das andere Deckelelement (48) zum Einleiten des Inertgases in den Ringspalt (30) zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement (26, 28) und zum Ausleiten des Inertgases aus dem zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement (14) vorgesehen ist.
  2. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im Ringspalt (30) zwischen dem ersten und dem zweiten Rohrelement (26, 28) Gasführungselemente (32) vorgesehen sind.
  3. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das Inertgas durch das zentrale Induktionsheizelement (14) in der einen axialen Richtung durchgeleitet und gleichzeitig das insbesondere zu grafitisierende fadenförmige Faserausgangsmaterial (12) in der entgegengesetzten Richtung durch das Induktionsheizelement (14) hindurch bewegt wird.
  4. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass mindestens ein Faserausgangsmaterial-Faden (12) durch das zentrale Induktionsheizelement (14) hindurch bewegt wird.
  5. Heizvorrichtung nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass eine Anzahl Faserausgangsmaterial-Fäden (12) simultan durch das zentrale Induktionsheizelement (14) hindurch bewegt werden, wobei die Faserausgangsmaterial-Fäden (12) voneinander beabstandet in einer Ebene oder in mehreren Ebenen liegen.
  6. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wärmeisolierung (18) aus einem Kohlenstofffaser-Filz (20) besteht.
  7. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wärmeisolierung (18) eine Innenlage (90) aus einem Kohlenstofffaser-Filz (20) und eine Außenlage (92) aus Al2O3-Fasern oder aus Al2O3 / SiO2-Fasern aufweist.
  8. Heizvorrichtung nach Anspruch 6 oder 7,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wärmeisolierung (18) von dem zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement (14) durch einen Ringspalt (94) beabstandet ist, der von dem Inertgas durchströmt wird.
  9. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass an jedem der beiden Deckelelemente (46, 48) außenseitig jeweils eine Schleuseneinrichtung (66, 68) für das fadenförmige Faserausgangsmaterial (12) vorgesehen ist.
  10. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Deckelelemente (46, 48) jeweils mit einer Kühlvorrichtung (70) ausgebildet sind.
  11. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass das zentrale rohrförmige Induktionsheizelement (14) aus CFC (= Carbon fiber reinforced carbon) besteht, wobei die zur Verstärkung eingesetzten Karbonfasern von Endlosfasern gebildet sind.
  12. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass im zentralen rohrförmigen Induktionsheizelement (14) an den beiden voneinander axial abgewandten Endabschnitten jeweils eine Strahlungsschirm-Lochscheibe (80) vorgesehen ist.
  13. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zu den beiden voneinander axial abgewandten Stirnseiten (82) der Wärmeisolierung (18) jeweils mindestens eine Strahlungsschirm-Ringscheibe (84) benachbart ist.
  14. Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass zumindest das zur Wärmeisolierung (18) benachbarte erste Rohrelement (26) innenseitig und/oder außenseitig mit einer Infrarot-Reflexionsbeschichtung (86) versehen ist.
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