EP3695036A1

EP3695036A1 - Ofen und verfahren zur behandlung von material

Info

Publication number: EP3695036A1
Application number: EP18786323.8A
Authority: EP
Inventors: Lars Meinecke
Original assignee: Onejoon GmbH
Current assignee: Onejoon GmbH
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2018-10-12
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2038-10-12
Also published as: JP2020537057A; KR20200067186A; WO2019073053A1; US20210222331A1; DE102017123739A1; EP3695036B1; CN111465725A; KR102618775B1; RU2020115023A; JP7307722B2

Abstract

Ein Ofen zur Behandlung von Material, insbesondere zur oxidativen Behandlung von Fasermaterial, insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern, umfasst ein Gehäuse (12) mit einem Gehäuseinnenraum (14), welches abgesehen von Durchtrittsbereichen (18, 20) für die Fasern (22) gasdicht ist. In dem Gehäuseinnenraum (14) des Gehäuses (12) befindet sich ein Prozessraum (28). Mittels einer Atmosphäreneinrichtung (42) ist eine heiße Arbeitsatmosphäre (40) erzeugbar. Die Atmosphäreneinrichtung (42) umfasst ein Strömungssystem (46) mit Strömungskanälen (48), die im Gehäuseinnenraum (14) angeordnet sind und jeweils einen Strömungsraum (50) begrenzen sowie Strömungsdurchgänge aufweisen, so dass die jeweiligen Strömungsräume (50) derart strömungstechnisch mit dem Prozessraum (28) verbunden sind, dass heiße Arbeitsatmosphäre (40) dem Prozessraum (28) mit wenigstens einer Hauptströmungsrichtung (44) zuführbar und aus dem Prozessraum (28) abführbar ist. Es ist ein Revisionssystem (72) vorhanden, durch welches Strömungsräume (50) von Strömungskanälen (48) durch das Gehäuse (12) hindurch zugänglich sind.

Description

Ofen und Verfahren zur Behandlung von Material

Die Erfindung betrifft einen Ofen zur Behandlung von Material, insbesondere zur oxidati- ven Behandlung von Fasermaterial, insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern, mit a) einem Gehäuse mit einem Gehäuseinnenraum, welches abgesehen von Durchtrittsbereichen für die Fasern gasdicht ist; b) einem im Gehäuseinnenraum des Gehäuses befindlichen Prozessraum; c) einer Atmosphäreneinrichtung, mittels welcher eine heiße Arbeitsatmosphäre erzeugbar ist und welche ein Strömungssystem mit Strömungskanälen umfasst, die im Gehäuseinnenraum angeordnet sind und jeweils einen Strömungsraum begrenzen sowie Strömungsdurchgänge aufweisen, so dass die jeweiligen Strömungsräume derart strömungstechnisch mit dem Prozessraum verbunden sind, dass heiße Arbeitsatmosphäre dem Prozessraum mit wenigstens einer Hauptströmungsrichtung zuführbar und aus dem Prozessraum abführbar ist.

Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Material.

Bei vom Markt her bekannten Öfen der eingangs genannten Art, die zur oxidativen Behandlung von Kohlenstofffasern verwendet werden, sind die Strömungskanäle beispielsweise als Einblaskästen einer Einblaseinrichtung und als Absaugkästen einer Absaugeinrichtung ausgebildet, durch welche die Arbeitsatmosphäre durch den Prozessraum hindurch umgewälzt wird.

Die Strömungsräume der Strömungskanäle verunreinigen im Laufe der Zeit, wobei sich insbesondere in solchen Strömungskanälen Fasermaterial ablagert, durch welche die Arbeitsatmosphäre aus dem Prozessraum abgesaugt wird. Das Fasermaterial wird im Prozessraum freigesetzt und von der umgewälzten Arbeitsatmosphäre aufgenommen und abgeführt. Daher müssen die Strömungskanäle bzw. deren Strömungsräume in regelmäßigen Abständen im Rahmen einer Revision überprüft und gereinigt werden. Bei den vom Markt her bekannten Oxidationsöfen sind die Strömungsräume nur durch di< Strömungsdurchgänge hindurch zugänglich, die ihrerseits nur aus dem Prozessraum heraus erreicht werden können. Hierzu weisen solche Öfen einen Zugang zum Prozessraum auf, durch den ein Werker in den Prozessraum eintreten und dort die Strömungsräume der Strömungskanäle manuell reinigen kann. Die Strömungsdurchgänge der Strömungskanäle sind in der Regel mit Strömungsklappen ausgestattet, um die Strömungsrichtung und/oder das Strömungsvolumen einzustellen. Derartige Strömungsklappen werden für den Reinigungsvorgang in eine Reinigungsstellung bewegt, in welcher die Strömungsdurchgänge so weit wie möglich geöffnet sind, um den Werker einen weitgehend barrierefreien Zugang zu den Strömungsräumen der Strömungskanäle zur Verfügung zu stellen Nach dem Reinigungsvorgang werden die Strömungsklappen wieder in ihre Betriebsstellung bewegt. Hierbei besteht immer das Risiko einer Falscheinstellung der Strömungsklap pen.

Die Strömungsdurchgänge der Strömungskanäle sind jedoch meistens verhältnismäßig schmal, so dass der Zugang zu den Strömungsräumen der Strömungskanäle insgesamt eingeschränkt ist. Zudem sind die Platzverhältnisse im Prozessraum in der Regel eher beengt und die Sichtverhältnisse im Prozessraum eher ungünstig, so dass die Reinigung beschwerlich sein und das Reinigungsergebnis nur schlecht überprüft werden kann. Auch muss der Werker vor dem Reinigungsvorgang abwarten, bis im Prozessraum eine akzeptable Temperatur herrscht, um diesen betreten zu können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Ofen und ein Verfahren zur Behandlung von Material der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche diesen Gedanken Rechnung tragen.

Diese Aufgabe wird bei einem Ofen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass d) ein Revisionssystem vorhanden ist, durch welches Strömungsräume von Strömungskanälen durch das Gehäuse hindurch zugänglich sind.

Erfindungsgemäß wird dadurch ermöglicht, dass ein Werker nicht mehr den Prozessraum betreten muss, um Zugang zu den Strömungsräumen von Strömungskanälen zu erhalten. Bei einer Reinigung von außerhalb des Gehäuses sind die Platz- und Sichtverhältnisse für den Werker beträchtlich verbessert. Auch kann schon mit der Reinigung begonnen werden, wenn im Prozessraum noch höhere Temperaturen herrschen, die für den Werker nicht akzeptabel wären. Es kann auch auf eine Umstellung der Strömungsklappen verzichtet werden, so dass auch das Risiko einer der Reinigung nachfolgenden Falscheinstellung der Strömungsklappen beseitigt ist.

Es ist günstig, wenn a) Strömungskanäle wenigstens einen Revisionszugang zum Strömungsraum umfassen; b) das Gehäuse wenigstens einen Revisionseingang umfasst, welcher eine dem Prozessraum zugewandte Innenseite definiert, an welcher Strömungskanäle derart angeordnet sind, dass deren Revisionszugänge durch den Revisionseingang hindurch erreichbar sind.

In bekannten Öfen erstrecken sich die Strömungskanäle zwischen Seitenwänden des Gehäuses. Daher ist es besonders günstig, wenn ein jeweiliger Strömungskanal in Richtung quer zur Hauptströmungsrichtung eine Längsachse sowie eine erste Stirnseite und eine gegenüberliegende zweite Stirnseite definiert und ein Revisionszugang an der ersten und/oder der zweiten Stirnseite vorgesehen ist. Der Zugang erfolgt dann also an zumindest einer Stirnseite des Strömungskanals.

Vorzugsweise ist ein jeweiliger Strömungskanal an seiner ersten Stirnseite und/

oder an seiner zweiten Stirnseite gasdicht mit einem Revisionseingang des Gehäuses verbunden.

Bevorzugt umfasst das Gehäuse wenigstens einen Revisionseingang in einer Seitenwand. Dies trägt ebenfalls der oben beschriebenen Anordnung der Strömungskanäle zwischen den Seitenwänden des Gehäuses Rechnung.

Für einen flexiblen Zugang ist es vorteilhaft, wenn der Revisionseingang einen Gehäusedurchgang im Gehäuse und eine Revisionstoreinrichtung umfasst, durch welche der Gehäusedurchgang freigebbar oder verschließbar ist. Dabei umfasst die Revisionstoreinrichtung vorzugsweise eine Revisionstüre, welche mit einer Lagereinrichtung gelagert ist, welche derart eingerichtet ist, dass die Revisionstüre um eine insbesondere vertikale Schwenkachse verschwenkbar und/oder mit einer horizontalen Longitudinalbewegung in den Gehäusedurchgang hinein und wieder aus diesem heraus bewegt werden kann.

In der Praxis ist es günstig, wenn die an der Innenseite des Revisionseingangs angeordneten Strömungskanäle eine Kanaldurchgangsöffnung aufweisen und das Revisionssystem eine Dichtanordnung umfasst, mittels welcher ein oder mehrere der Kanaldurchgangsöffnungen freigebbar oder verschließbar sind.

Als Alternativen ist es von Vorteil, wenn die Dichtanordnung derart eingerichtet ist, dass die Kanaldurchgangsöffnungen der an der Innenseite des Revisionseingangs angeordneten Strömungskanäle nur alle gleichzeitig oder in Gruppen unabhängig voneinander oder einzeln unabhängig voneinander freigebbar oder verschließbar sind. An verschiedenen Revisionseingängen des Gehäuses können unterschiedliche Dichtanordnungen vorgesehen sein.

Wenn die Revisionstüre die Dichtanordnung mit sich führt, kann auf eine separate Befestigung der Dichtanordnung verzichtet werden. Die Dichtanordnung muss dann nicht gesondert abgenommen und nach dem Reinigungsvorgang wieder befestigt werden.

Wenn das Revisionssystem eine automatisierte Reinigungseinrichtung umfasst, können die Strömungsräume mit automatisiert gesicherter Qualität gereinigt werden.

Die oben genannte Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass die Fasern in einem Ofen mit einigen oder allen der oben erläuterten Merkmale behandelt werden.

Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1 einen vertikalen Längsschnitt eines Oxidationsofens zur Herstellung von Kohlenstofffasern entlang der Schnittlinie l-l in Figur 2, welcher ein Gehäuse umfasst, das einen Prozessraum begrenzt, durch den eine heiße Arbeitsatmosphäre mittels Strömungskanälen umgewälzt wird, die sich zwischen Seitenwänden des Gehäuses erstrecken;

Figur 2 einen Horizontalschnitt des Oxidationsofens nach Figur 1 entlang der dortigen

Schnittlinie II-II, wobei ein Revisionssystem mit Revisionseingängen im Gehäuse und Revisionszugängen der Strömungskanäle gezeigt ist, so dass innere Strömungsräume eines oder mehrerer Strömungskanäle durch das Gehäuse hindurch zugänglich ist;

Figur 3 den in Figur 1 mit III bezeichneten Ausschnitt des Vertikalschnitts aus Blickrichtung des Pfeiles III in Figur 2, wobei ein Revisionssystem gezeigt ist, welches eine Revisionstoreinrichtung in Form einer Revisionstür in der Seitenwand des Gehäuses umfasst, die in Durchsicht gezeigt ist und hinter welcher eine Dichtanordnung und Strömungskanäle zu erkennen ist;

Figur 4 den in Figur 2 mit IV bezeichneten Ausschnitt des Horizontalschnitts, wobei die

Funktion der Revisionstüre des Revisionssystems veranschaulicht ist;

Figur 5 den in Figur 3 gezeigten Ausschnitt mit geöffneter Revisionstüre des Revisionssystems, wobei eine Dichtanordnung zu erkennen ist, welche Kanaldurchgangsöffnungen an der Stirnseite aller Strömungskanäle mit einem einzigen Abdeckelement verschließt;

Figur 6 den Ausschnitt gemäß den Figuren 3 und 5 mit entferntem Abdeckelement, so dass die Kanaldurchgangsöffnungen der Strömungskanäle zu erkennen sind;

Figur 7 einen der Figur 5 entsprechenden Ausschnitt mit geöffneter Revisionstüre, wobei ein abgewandeltes Revisionssystem mit einer Dichtanordnung gezeigt ist, welche mehrere Abdeckelemente für jeweils eine Gruppe von Strömungskanälen umfasst; Figur 8 einen der Figur 5 entsprechenden Ausschnitt mit geöffneter Revisionstüre, wobei ein nochmals abgewandeltes Revisionssystem mit einer Dichtanordnung gezeigt ist, welche mehrere Abdeckelemente für jeweils einen einzigen Strömungskanal umfasst;

Figur 9 einen der Figur 4 entsprechenden Ausschnitt, wobei eine abgewandelte Revisionstüre gezeigt ist;

Figur 10 einen den Figuren 4 und 9 entsprechenden Ausschnitt, wobei eine abgewandelte Revisionstoreinrichtung gezeigt ist, bei welcher die Dichtanordnung an die Revisionstüre gekoppelt ist;

Figur 1 1 einen den Figuren 4, 9 und 10 entsprechenden Ausschnitt, wobei einerseits ein

Zugang über beide Stirnseiten der Strömungskanäle und außerdem ein manueller Reinigungsvorgang veranschaulicht ist;

Figur 12 den Ausschnitt gemäß Figur 1 1 mit einem abgewandelten Revisionssystem, welches ein automatisiertes Reinigungssystem umfasst.

Die Figuren 1 und 2 zeigen einen vertikalen Längsschnitt bzw. einen Horizontalschnitt eines Ofens zu Behandlung von Material, der exemplarisch als Oxidationsofen 10 veranschaulicht ist, der zur Herstellung von Kohlenstofffasern eingesetzt wird und in dem Fasermaterial oxidativ behandelt wird. Der Oxidationsofen 10 umfasst ein Gehäuse 12, das einen den Gehäuseinnenraum 14 des Oxidationsofens 10 bildenden Durchlaufraum durch eine Bodenwand 12a, eine Deckenwand 12b und zwei Seitenwände 12c und 12d begrenzt.

Das den Gehäuseinnenraum 14 begrenzende Gehäuse 12 kann zugleich das Außengehäuse des Oxidationsofens bilden. Alternativ kann dieses Gehäuse 12 einen inneren Gehäusemantel bilden und seinerseits von einem oder mehreren äußeren Gehäusemänteln umgeben sein.

An seinen Stirnenden weist das Gehäuse 12 jeweils eine Stirnwand 16a, 16b auf, wobei in der Stirnwand 16a von unten nach oben abwechselnd Durchgangsöffnungen in Form von horizontalen Eingangsschlitzen 18 und Ausgangsschlitzen 20 und in der gegenüberliegenden Stirnwand 16b von unten nach oben abwechselnd Durchgangsöffnungen in Form von horizontalen Ausgangsschlitze 20 und Eingangsschlitzen 18 vorhanden sind, die der Übersichtlichkeit halber nicht alle ein Bezugszeichen tragen. Durch die Eingangs- und Ausgangsschlitze 18 bzw. 20 werden Fasern 22 in den Gehäuseinnenraum 14 hinein und wieder aus diesem herausgeführt. Die Eingangs- und Ausgangsschlitze 18, 20 bilden allgemein Durchtrittsbereiche des Gehäuses 12 für Kohlenstofffasern 22. Abgesehen von diesen Durchgangsöffnungen ist das Gehäuse 12 des Oxidationsofens 10 gasdicht.

Der Gehäuseinnenraum 14 ist seinerseits in Längsrichtung in drei Bereiche unterteilt und umfasst eine erste Vorkammer 24, welche unmittelbar neben der Stirnwand 16a angeordnet ist, eine zweite Vorkammer 26, welcher unmittelbar neben der gegenüberliegenden Stirnwand 16b benachbart ist. Im Gehäuseinnenraum 14 befindet sich ein Prozessraum 28, der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel zwischen den Vorkammern 24, 26 angesiedelt ist.

Die Vorkammern 24 und 26 bilden so zugleich eine Ein- und Austrittsschleuse für die Fasern 22 in den Gehäuseinnenraum 14 bzw. den Prozessraum 28.

Die zu behandelnden Kohlenstofffasern 22 werden dem Gehäuseinnenraum 14 des Oxidationsofens 10 parallel verlaufend als eine Art Faserteppich 30 zugeführt. Hierzu treten die Fasern 22 von einem ersten Umlenkbereich 32, der neben der Stirnwand 16a außerhalb des Gehäuses 12 liegt, durch den obersten Eingangsschlitz 18 in der Stirnwand 16a in die Vorkammer 24 ein. Die Fasern 22 werden sodann durch den Prozessraum 28 und durch die gegenüberliegende Vorkammer 26 zu einem zweiten Umlenkbereich 34, der neben der Stirnwand 16b außerhalb des Gehäuses 12 liegt, und von dort wieder zurückgeführt.

Insgesamt durchlaufen die Fasern 22 den Prozessraum 28 serpentinenartig über von oben nach unten aufeinander folgende Umlenkrollen 36, von denen lediglich zwei ein Bezugszeichen tragen. Zwischen den Umlenkrollen 36 spannt der durch die Vielzahl von nebeneinander laufenden Fasern 22 gebildete Faserteppich 30 jeweils eine Ebene 38 auf. Beim in Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind sechs solche Ebenen 38 vorhanden. Der Verlauf der Fasern 22 kann auch von unten nach oben erfolgen und es können auch mehr oder weniger Ebenen 38 als in Figur 1 gezeigt aufgespannt sein. In Figur 2 ist die von oben betrachtet dritte Ebene 38.3 zu erkennen, die also solche auch in Figur 1 gekennzeichnet ist, wobei nur wenige Fasern 22 in großem Abstand gezeigt sind, um den Faserteppich 30 anzudeuten; in der Praxis verlaufen die Fasern 22 in einer Ebene 38 des Faserteppichs 30 in nur geringem Abstand zueinander.

Nach dem gesamten Durchlauf durch den Prozessraum 28 verlassen die Fasern 22 den Oxidationsofen 10 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den untersten Ausgangsschlitz 20 in der Stirnwand 16a. Vor dem Erreichen des obersten Eingangsschlitzes 18 in der Stirnwand 16b und nach Verlassen des Oxidationsofens 10 durch den untersten Ausgangsschlitz 20 in der Stirnwand 16b werden die Fasern 22 außerhalb des Gehäuses 12 über weitere, nicht eigens gezeigte Führungsrollen geführt.

Der Prozessraum 28 wird unter Prozessbedingungen von einer heißen Arbeitsatmosphäre 40 durchströmt, die durch eine Atmosphäreneinrichtung 42 aufgebaut wird. Allgemein ausgedrückt kann mit der Atmosphäreneinrichtung 42 die heiße Arbeitsatmosphäre 40 erzeugt und durch den Prozessraum 28 hindurch geführt werden, so dass diese den Prozessraum 28 unter Prozessbedingungen durchströmt. In der Praxis handelt es sich bei der Arbeitsatmosphäre um Luft, weshalb im Weiteren auch synonym für alle Gase, die zu dem Atmosphärenhaushalt des Oxidationsofens 10 beitragen, der Begriff Luft gewählt wird und von Prozessluft, Umwälzluft, Abluft, Frischluft und dergleichen gesprochen wird; es können aber auch andere Gase durch den Prozessraum 28 geführt werden.

Im Prozessraum 28 werden zwei gegenläufige Luftströme mit jeweils einer Hauptströmungsrichtung 44 aufrechterhalten. Hierfür umfasst die Atmosphäreneinrichtung 42 ein Strömungssystem 46 mit Strömungskanälen 48, die im Gehäuseinnenraum 14 angeordnet sind und jeweils einen Strömungsraum 50 begrenzen und mittels welchen Arbeitsatmosphäre 40 durch den Prozessraum 28 hindurch geführt werden kann.

Zu Erzeugung der gegenläufigen Luftströme umfasst das Strömungssystem 46 im mittleren Bereich des Prozessraumes 28 zwei Einblaseinrichtungen 52 und in den beiden Endbereichen an den Stirnseiten des Prozessraumes 28 jeweils eine Absaugeinrichtung 54. Die Absaugeinrichtungen 54 sind jeweils den Vorkammern 24, 26 benachbart angeordnet. Die Einblaseinrichtungen 52 umfassen jeweils die oben genannten Strömungskanäle 48 in Form von jeweils mehreren Einblaskanäle 56 und die Absaugeinrichtungen 54 umfassen jeweils die oben genannten Strömungskanäle 48 in Form von jeweils mehreren Absaugkanälen 58. Die Strömungskanäle 48, d.h. hier die Einblaskanäle 56 und die Absaugkanäle 58, sind jeweils zwischen den durch den Faserteppich 30 aufgespannten Ebenen 38 angeordnet und erstrecken sich quer zur Hauptströmungsrichtung 44, so dass die Strömungskanäle 48 in Richtung quer zur Hauptströmungsrichtung 44 eine Längsachse 48a und eine erste Stirnseite 48b und eine gegenüberliegende Stirnseite 48c definieren, die lediglich in Figur 2 und dort nur bei einem Strömungskanal 48 bezeichnet sind.

Quer zur Hauptströmungsrichtung 44 bedeutet beim hier beschriebenen Ausführungsbeispiel rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung 44. Bei nicht gezeigten Abwandlungen können die Strömungskanäle 48 aber auch schräg und nicht rechtwinklig zur Hauptströmungsrichtung 44 verlaufen.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Strömungskanäle 48 zwischen den Seitenwänden 12c und 12d des Gehäuses 12. Entlang dieser Erstreckungsrichtung ihrer Längsachse 48a haben die Strömungskanäle 48 jeweils Strömungsdurchgänge, die in den Figuren auf Grund der Schnitte nicht zu erkennen sind, so dass die jeweiligen Strömungsräume 50 der Strömungskanäle 48 derart strömungstechnisch mit dem Prozessraum 28 verbunden sind, dass Arbeitsatmosphäre 40 dem Prozessraum 28 zugeführt oder aus dem Prozessraum 28 abgeführt wird. In den Strömungsdurchgängen sind in an und für sich bekannter Art und Weise verstellbare Strömungsklappen angeordnet, wie es eingangs beschrieben wurde.

Bei den Einblaskanälen 56 bilden diese Strömungsdurchgänge folglich Einblasöffnungen, durch welche Prozessluft aus dem jeweiligen Strömungsraum 50 der Einblaskanäle 56 in den Prozessraum 28 gelangt. Bei den Absaugkanälen 58 bilden diese Strömungsdurchgänge in entsprechender Weise Absaugöffnungen, durch welche die Atmosphäre aus dem Prozessraum 28 in den jeweiligen Strömungsraum 50 der Absaugkanäle 58 einströmt. Die Einblaskanäle 56 und die Absaugkanäle 58 sind bei dem hier gezeigten Oxidations- ofen 10 als Einblaskästen bzw. als Absaugkästen und somit als kastenförmige Strömungskanäle ausgebildet. Hiervon abweichende Geometrien sind jedoch ohne weiteres möglich.

Für eine Konditionierung durch die Atmosphäreneinrichtung 42 wird die Arbeitsatmosphäre 40 zwischen den Absaugeinrichtungen 54 und den Einblaseinrichtungen 52 durch eine Umwälzleitung 60 mit einem Gebläse 62 gefördert und durchströmt dabei eine Konditioniereinrichtung 64. Die Konditioniereinrichtung 64 ist beispielhaft als Wärmetauscher 66 veranschaulicht, da als Konditionierung insbesondere die Temperatur der Arbeitsatmosphäre 40 eingestellt wird. Stromauf der Konditioniereinrichtung 64 zweigt eine Ab- luftleitung 68 mit einem nicht eigens gezeigten Ventil von der Umwälzleitung 60 ab, über welche ein Anteil der umgewälzten Arbeitsatmosphäre 40 abgeführt werden kann.

Um den Lufthaushalt des Oxidationsofens 10 aufrechtzuerhalten, wird das anteilig abströmende Abluftvolumen durch eine Frischluft-Zuführeinrichtung 70 ausgeglichen, mittels welcher den Einblaseinrichtungen 52 Frischluft zugeführt werden kann.

Insgesamt sind also zwei Umwälz-Luftkreisläufe geschlossen und der Oxidationsofen 10 wird strömungstechnisch nach dem sogenannten "center-to-end"-Prinzip betrieben. Aber auch alle anderen bekannten Strömungsprinzipien können umgesetzt sein, insbesondere das "end-to-center"- oder das "end-to-end"-Prinzip.

Wie eingangs erläutert wurde, müssen die Strömungsräume 50 der Strömungskanäle 48 des Strömungssystems 46, und dabei insbesondere die Strömungsräume 50 der Absaugkanäle 58 der Absaugeinrichtungen 54, in regelmäßigen Intervallen gereinigt werden.

Für diesen Zweck umfasst der Oxidationsofen 10 ein Revisionssystem 72, durch welches Strömungsräume 50 von Strömungskanälen 48 durch das Gehäuse 12 hindurch zugänglich sind.

Hierfür umfassen die Strömungskanäle 48 Revisionszugänge 74 zum Strömungsraum 50 und das Gehäuse 12 Revisionseingänge 76, die jeweils eine dem Gehäuseinnenraum 14 zugewandte Innenseite 76a und eine zur Umgebung des Gehäuses 12 weisende Außen- seite 76b definieren. An der jeweiligen Innenseite 76a eines Revisionseingangs 76 des Gehäuses 12 sind Strömungskanäle 48 derart angeordnet, dass deren Revisionszugänge 74 durch den Revisionseingang 76 hindurch erreichbar sind.

Die Revisionszugänge 74 der Strömungskanäle 48 sind gesondert und ergänzend zu den nicht zu erkennenden Strömungsdurchgängen vorgesehen. Die Revisionszugänge 74 der Strömungskanäle 48 sind an einer oder an beiden der Stirnseiten 48a bzw. 48b vorhanden Abhängig davon, ob die Strömungskanäle 48 Revisionszugänge 74 an einer oder an beiden ihrer Stirnseiten 48c, 48d aufweisen, umfasst das Gehäuse 12 Revisionseingänge 76 in einer oder in beiden der Seitenwände 12c und 12d, die jeweils in Verlängerung der Längsachse 48a von zugehörigen Strömungskanälen 48 gegenüber von deren jeweiligem Revisi onszugang 74 angeordnet sind.

Zunächst werden Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen jeder Strömungskanal 48 jeweils nur einen Revisionszugang 74 an der Stirnseite 48c aufweist, die zur Seitenwand 12c weist, und das Gehäuse 12 entsprechend nur Revisionseingänge 76 in dieser Seitenwand 12c umfasst. In Figur 2 sind Revisionseingänge 76 des Gehäuses 12 in der gegenüberliegenden Seitenwand 12d jedoch bereits gestrichelt angedeutet.

Das Revisionssystem 72 umfasst für jeden Revisionseingang 76 des Gehäuses 12 einen Ge häusedurchgang 78 im Gehäuse 12 und eine Revisionstoreinrichtung 80, mittels welcher dieser Gehäusedurchgang 78 freigegeben oder verschlossen werden kann. Das Revisionssystem 72 umfasst außerdem für jeden Revisionszugang 74 der Strömungskanäle 48 eine Kanaldurchgangsöffnung 82 und eine Dichtanordnung 84, mittel welcher eine oder mehrere solcher Kanaldurchgangsöffnung 82 freigegeben oder verschlossen werden können. Die Kanaldurchgangsöffnungen 82 sind nur in Figur 6 bei entfernter Dichtanordnung 84 zu erkennen. Die Dichtanordnung 84 verhindert, dass Prozessluft durch den Revisionszugang 74 aus dem Strömungsraum 50 des zugehörigen Strömungskanals 48 in den Prozessraum 28 ausströmen oder aus dem Prozessraum 28 in den Strömungsraum 50 einströ men kann, was zu unerwünschten Verwirbelungen und Turbulenzen im Prozessraum 28 führen würde. Die Dichtanordnung 84 kann, muss aber nicht, derart eingerichtet sein, dass sie die Kanaldurchgangsöffnung 82 strömungsdicht verschließt. Im Grundsatz reicht eine strukturelle Abdeckung der jeweiligen Kanaldurchgangsöffnung 82 jedoch aus.

In den Figuren 3 bis 6 ist ein Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei welchem die Revisionstoreinrichtung 80 an einem Revisionseingang 76 des Gehäuses 12 als Revisionstür 86 ausgebildet ist, die mit einer Lagereinrichtung 88 an der Seitenwand 12c des Gehäuses 12 befestigt ist. Die Lagereinrichtung 88 ist so eingerichtet, das die Revisionstür 86 um eine Schwenkachse 90 verschwenkt werden kann. Die Lagereinrichtung 88 kann hierfür beispielsweise als einfaches Schwenkscharnier ausgebildet sein. Die Schwenkachse 90 ist vertikal ausgerichtet, es ist jedoch auch eine Variante möglich, bei welche die Schwenkachse 90 horizontal ausgerichtet ist.

Der Gehäusedurchgang 78 ist derart dimensioniert, dass dieser in Richtung der Längsachsen 48a der Strömungskanäle 48 betrachtet alle Strömungskanäle 48 überdeckt, die im Gehäuseinnenraum 14 hinter der Revisionstür 86 an der Innenseite 76a des Revisionseingangs 76 angeordnet sind. Die Revisionstür 86 ist thermisch isolierend und entspricht in ihrer Spezifikation dem Gehäuse 12 des Oxidationsofens 10.

Die Dichtanordnung 84 ist derart eingerichtet, dass alle Kanaldurchgangsöffnungen 82 nur gleichzeitig freigegeben oder verschlossen werden können. Hierfür umfasst die Dichtanordnung 84 ein Abdeckelement 92 in Form einer Abdeckplatte, welches die Stirnseiten 48b aller an der Innenseite 76a des Revisionseingangs 76 vorhandenen Strömungskanäle 48 überdeckt und die vorhandenen Kanaldurchgangsöffnungen 82 der Strömungskanäle 48 abdeckt.

Die Kanaldurchgangsöffnungen 82 sind von einem Lagerrahmen 94 umgeben, so dass der Querschnitt einer Kanaldurchgangsöffnung 82 kleiner ist als der Querschnitt des Strömungsraumes 50 des zugehörigen Strömungskanals 48. Die Dichtanordnung 84, d.h. hier das Abdeckelement 92, ist mit Befestigungsmitteln 96 lösbar an einem oder mehreren solcher Lagerrahmen 94 befestigt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Befestigungsmittel 96 als Schrauben veranschaulicht, es können jedoch auch alle anderen bekannten Befestigungstechniken für eine geeignete lösbare Befestigung genutzt werden, wie beispielsweise Rast- oder Klemmverbindungen. Auch kann das Abdeckelemente seinerseits als Schwenkelement ausgebildet sein und über ein entsprechendes Scharnier an den Strömungskanälen 48 gelagert sein.

Es kann auch auf die Lagerrahmen 94 verzichtet werden. In diesem Fall hat eine Kanaldurchgangsöffnung 82 den gleichen Querschnitt wie der Strömungsraum 50 des zugehörigen Strömungskanals 48. Die Befestigung der Dichtanordnung 84, d.h. hier des Abdeckelementes 92, kann dann an der Außenseite der Strömungskanäle 48 zum Beispiel über eine Flanschverbindung erfolgen.

Wenn nun eine Revision der Strömungskanäle 48, d.h. der Einblaskanäle 56 und/ oder der Absaugkanäle 58 durchgeführt werden soll, wird die Revisionstüre 86 desjenigen Revisionseingangs 76 des Gehäuses 12 geöffnet, hinter der sich die zu reinigenden oder zu wartenden Strömungskanäle 48 befinden. Die Dichtanordnung 84 wird hierauf manuell so entfernt oder bewegt, dass die Strömungsräume 50 der Strömungskanäle 48 durch die nun freigelegten Kanaldurchgangsöffnungen 82 von außerhalb des Gehäuses 10 zugänglich und erreichbar sind.

Jetzt kann ein Werker eine Reinigung oder Wartung der Strömungsräume 50 vornehmen, wie es an und für sich bekannt ist. Nach erfolgter Reinigung oder Wartung wird die Dichtanordnung 84 wieder in ihrer Dichtposition befestigt und die Revisionstüre 86 des Gehäuses 12 verschlossen.

Figur 7 zeigt eine Abwandlung, bei welcher die Dichtanordnung 84 derart eingerichtet ist, dass einzelne Gruppen von Kanaldurchgangsöffnungen 82 unabhängig voneinander freigegeben oder verschlossen werden können. Beim in Figur 7 gezeigten Ausführungsbeispiel definieren die insgesamt hinter dem Revisionseingang 76 vorhandenen sieben Strömungskanäle 48 eine erste Gruppe 98a mit drei Strömungskanälen 48 sowie eine zweite und eine dritte Gruppe 98b, 98c mit jeweils zwei Strömungskanälen 48. Für diese Gruppen 98a, 98b und 98c umfasst die Dichtanordnung 84 drei Abdeckelemente 92a, 92b, 92c, welche die Stirnseiten 48b jeweils der Gruppen 98a, 98b und 98c der an der Innenseite 76a des Revisionseingangs 76 vorhandenen Strömungskanäle 48 überdeckt und die vorhandenen Kanaldurchgangsöffnungen 82 der Strömungskanäle 48 abdeckt. Figur 8 zeigt eine weitere Abwandlung, bei welcher die Dichtanordnung 84 derart eingerichtet ist, dass einzelne Kanaldurchgangsöffnungen 82 unabhängig freigegeben oder ver schlössen werden können. Für jede Kanaldurchgangsöffnung 82 ist folglich ein zugehöriges und separat an dem Lagerrahmen 94 des betreffenden Strömungskanals 48 befestigtes Abdeckelement 92 vorhanden.

Bei der Lagereinrichtung 88 gemäß den Figuren 3 bis 8, bei welcher die Revisionstüre 86 lediglich um die Schwenkachse 90 verschwenkbar ist, muss sich die Revisionstüre 86 an ih ren vertikalen Längsrändern in Richtung auf den Prozessraum 28 zu verjüngen, um den fü die Schwenkbewegung nötigen Bewegungsfreiraum zu erhalten. Hierdurch verbleiben zwi sehen den Längsrändern der Revisionstür 86 und der Seitenwand 12c Zwischenräume, wenn die Revisionstüre 86 geschlossen ist. Dies ist in Figur 8 und auch in der weiter unten erläuterten Figur 10 zu erkennen.

Im Bereich dieser Zwischenräume ist die Isolationswirkung des Gehäuses 12 jedoch herab gesetzt und es kann zu Leckagen nach außen kommen. Obwohl die Dichtigkeit auch bei diesem Türkonzept grundsätzlich sichergestellt werden kann, bietet die in Figur 9 gezeigte, abgewandelte Lagereinrichtung 88 eine Alternative, bei welcher eine höhere Dichtigkeit gewährleistet werden kann.

Die dortige Lagereinrichtung 88 ist derart eingerichtet, dass die Revisionstüre 86 mit einer horizontalen Longitudinalbewegung in den Gehäusedurchgang 78 hinein und Wieder aus diesem heraus bewegt werden kann. Wenn die Revisionstüre 86 aus dem Gehäusedurchgang 78 herausbewegt ist, kann sie verschwenkt und so von dem Gehäusedurchgang 78 wegbewegt werden. Dabei kann Sie um eine vertikale Schwenkachse verschwenkt oder in einer Parallelverschiebung bewegt werden; Letzteres ist in Figur 9 veranschaulicht. Die Lagereinrichtung 88 ist in Figur 9 als eine Art Parallelogrammführung angedeutet, mittels welcher der beschriebene Bewegungsablauf möglich ist.

Figur 10 zeigt wieder die Lagereinrichtung 88 nach den Figuren 3 bis 8 bei einer Variante, bei welcher die Dichtanordnung 84 von der Revisionstüre 86 mitgeführt wird. Dies ist unabhängig von dem Lagerkonzept der Revisionstüre 86 möglich. Beim konkreten Ausführungsbeispiel ist das Abdeckelement 92 gemäß den Figuren 3 bis 6 an der zu den Strömungskanälen 48 weisenden Innenseite der Revisionstüre 86 mit dieser verbunden. Wenn die Revisionstüre 86 den Gehäusedurchgang 78 verschließt, deckt das Abdeckelement 92 dann die Kanaldurchgangsöffnungen 82 der Strömungskanäle 48 ab. Wenn die Revisionstüre 86 geöffnet wird, bewegt sich das Abdeckelement 92 mit der Revisionstüre 86 mit und wird von den Strömungskanälen 48 wegbewegt, wodurch deren Kanaldurchgangsöffnungen 82 zugänglich werden.

Die Figuren 1 1 und 12 veranschaulichen Varianten eines Ausführungsbeispiels, bei welchem die Strömungskanäle 48 auf beiden Stirnseiten 48b und 48c mit einer Kanaldurchgangsöffnung 82 versehen sind und das Gehäuse 12 des Oxidationsofens 10 in beiden Seitenwänden 12c, 12d in den entsprechenden Positionen zugehörige Revisionseingänge 76 aufweist, deren Revisionstüren nicht gezeigt sind. Im Übrigen gilt das zu den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen Gesagte sinngemäß entsprechend.

Wie Figur 1 1 zeigt, können die Strömungsräume 50 bei freigegebenen Gehäusedurchgängen 78 und Kanaldurchgangsöffnungen 82 mit manuellen Reinigungsgeräten 100 des Revisionssystems 72 von einem oder mehreren Werken gereinigt werden; in Figur 1 1 sind exemplarisch zwei Besen gezeigt, in der Praxis werden auch Staubsauger verwendet, mit denen das Fasermaterial abgesaugt wird.

Alternativ kann das Revisionssystem 72 auch eine automatisierte Reinigungseinrichtung 102 umfassen. Dies veranschaulicht Figur 12, die als Beispiel für eine solche Reinigungseinrichtung 102 eine Sprüh- und Absaugeinrichtung 104 zeigt. Diese umfasst einen Sprühkopf 106, welcher an einer ersten Stirnseite 48b eines Strömungskanals 48 positioniert wird. Dem Sprühkopf 106 können über eine Anschlusseinheit 108 Betriebsmittel wie elektrische Energie, Druckluft, Reinigungsmittel und dergleichen zugeführt werden.

Mit Hilfe des Sprühkopfes 106 können als Reinigungsmedium pures Reinigungsmittel, Druckluft oder auch ein Reinigungsmittel/Druckluft-Gemisch unter hohem Druck in den Strömungsraum 50 eingeblasen werden, wodurch sich Verunreinigungen an den Innenwänden des Strömungsraumes 50 lösen und von dem eingeblasenen Reinigungsmedium aufgenommen und mitgeführt werden. An der gegenüberliegenden Stirnseite 48c des betreffenden Strömungskanals 48 ist ein Absaugkopf 1 10 der Sprüh- und Absaugeinrichtung 104 positioniert, welcher das mit Verunreinigungen beladenen Reinigungsmedium absaugt und abführt; entsprechende Leitungen sind der Einfachheit halber nicht gezeigt.

An den Stirnseiten 48b, 48c der Strömungskanäle 48 und/oder an entsprechenden Bereichen im Gehäusedurchgang 78 sind entsprechende Befestigungsmittel für den Sprühkopf 106 bzw. den Absaugkopf 1 10 vorgesehen.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen nach den Figuren 3 bis 12 sind die zu reinigenden Strömungskanäle 48 durch die Absaugkanäle 58 gebildet. In diesen entstehen die Verunreinigungen hauptsächlich durch gelöstes Fasermaterial, welches beim Durchgang der Fasern 22 durch den Prozessraum 28 freigesetzt wird.

Aber auch als Einblaskanäle 56 dienende Strömungskanäle 48 verunreinigen im Laufe der Zeit, so dass auch dort in regelmäßigen Abständen eine Reinigung und/oder Wartung erforderlich ist.

Bei den oben beschrieben Ausführungsbeispielen verbleibt zwischen den Stirnseiten 48b, 48c und der jeweils gegenüberliegenden Seitenwand 12c, 12d des Gehäuses 12 ein schmaler Zwischenraum. In diesem Fall steht der Prozessraum 28 bei einer geöffneten Revisionstüre 86 und einem freigegebenen Revisionseingang 76 mit der Außenumgebung des Gehäuses 12 in Strömungsverbindung.

Bei einer aggressiven und/oder umweit- oder gesundheitsschädlichen Arbeitsatmosphäre kann dies jedoch unerwünscht sein. Bei einer in den Figuren nicht gezeigten Abwandlung können sich deshalb die Strömungskanäle 48 bis an die Gehäusedurchgänge 78 heran o- der auch in diese hinein erstrecken, wobei die jeweiligen Übergangsbereiche gasdicht sind. Anders ausgedrückt sind die Strömungskanäle 48 an ihrer ersten Stirnseite 48b und/oder an ihrer zweiten Stirnseite 48c gasdicht mit einem Revisionseingang 76 des Gehäuses 12 verbunden.

Bei einer solchen Ausbildung kann eine Reinigung oder Wartung eines Strömungskanals 48 auch im laufenden Betrieb zumindest an den Einblaskanälen 56, gegebenenfalls aber auch an den Ausblaskanälen 58 durchgeführt werden. Ein Ausgleich von Temperaturunterschieden kann dann durch zusätzliche Heizeinrichtungen erfolgen, die temporär in den zu reinigenden Strömungskanal 48 eingebracht werden.

Der Oxidationsofen 10 kann außerdem ein Überwachungssystem umfassen, welches mit einer Sensoreinrichtung und einer zugehörigen Steuerung überwacht, ob die Revisionseingänge 76 des Gehäuses 12 geöffnet werden dürfen oder nicht bzw. ob ein Revisionseingang 76 freigegeben wird. Um zu verhindern, dass dies im Betrieb des Oxidationsofens 10 geschieht, können Verriegelungseinrichtungen an den Revisionseingängen 76 vorgesehen sein, welche ohne eine vorherige Autorisation durch die Steuerung des Überwachungssys- tems verhindern, dass ein entsprechender Revisionseingang 76 freigegeben wird.

Claims

Patentansprüche

1. Ofen zur Behandlung von Material, insbesondere zur oxidativen Behandlung von Fasermaterial, insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern, mit a) einem Gehäuse (12) mit einem Gehäuseinnenraum (14), welches abgesehen von Durchtrittsbereichen (18, 20) für die Fasern (22) gasdicht ist; b) einem im Gehäuseinnenraum (14) des Gehäuses (12) befindlichen Prozessraum (28); c) einer Atmosphäreneinrichtung (42), mittels welcher eine heiße Arbeitsatmosphäre (40) erzeugbar ist und welche ein Strömungssystem (46) mit Strömungskanälen (48) umfasst, die im Gehäuseinnenraum (14) angeordnet sind und jeweils einen Strömungsraum (50) begrenzen sowie Strömungsdurchgänge aufweisen, so dass die jeweiligen Strömungsräume (50) derart strömungstechnisch mit dem Prozessraum (28) verbunden sind, dass heiße Arbeitsatmosphäre (40) dem Prozessraum (28) mit wenigstens einer Hauptströmungsrichtung (44) zuführbar und aus dem Prozessraum (28) abführbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass d) ein Revisionssystem (72) vorhanden ist, durch welches Strömungsräume (50) von Strömungskanälen (48) durch das Gehäuse (12) hindurch zugänglich sind.

2. Ofen nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass a) Strömungskanäle (48) wenigstens einen Revisionszugang (74) zum Strömungsraum (50) umfassen; b) das Gehäuse (12) wenigstens einen Revisionseingang (76) umfasst, welcher eine dem Prozessraum (28) zugewandte Innenseite (76a) definiert, an welcher Strömungskanäle (48) derart angeordnet sind, dass deren Revisionszugänge (74) durch den Revisionseingang (76) hindurch erreichbar sind.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Strömungskanal (48) in Richtung quer zur Hauptströmungsrichtung (44) eine Längsachse (48a) sowie eine erste Stirnseite (48b) und eine gegenüberliegende zweite Stirnseite (48c) definiert und ein Revisionszugang (74) an der ersten und/oder der zweiten Stirnseite (48b, 48c) vorgesehen ist.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein jeweiliger Strömungskanal (48) an seiner ersten Stirnseite (48b) und/oder an seiner zweiten Stirnseite (48c) gasdicht mit einem Revisionseingang (76) des Gehäuses (12) verbunden ist.

5. Ofen nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) wenigstens einen Revisionseingang (76) in einer Seitenwand (12c, 12d) umfasst.

6. Ofen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Revisionseingang (76) einen Gehäusedurchgang (78) im Gehäuse (12) und eine Revisionstoreinrichtung (80) umfasst, durch welche der Gehäusedurchgang (78) freigebbar oder verschließbar ist.

7. Ofen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Revisionstoreinrichtung (80) eine Revisionstüre (86) umfasst, welche mit einer Lagereinrichtung (90) gelagert ist, welche derart eingerichtet ist, dass die Revisionstüre (86) um eine insbesondere vertikale Schwenkachse (88) verschwenkbar und/oder mit einer horizontalen Longitudinal- bewegung in den Gehäusedurchgang (78) hinein und wieder aus diesem heraus bewegt werden kann.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 3 bis 7 unter Rückbezug auf Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Innenseite (76a) des Revisionseingangs (76) angeordneten Strömungskanäle (48) eine Kanaldurchgangsöffnung (82) aufweisen und das Revisionssystem (72) eine Dichtanordnung (84) umfasst, mittels welcher ein oder mehrere der Kanaldurchgangsöffnungen (82) freigebbar oder verschließbar sind.

9. Ofen nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtanordnung (84) derart eingerichtet ist, dass die Kanaldurchgangsöffnungen (82) der an der Innenseite (76a) des Revisionseingangs (76) angeordneten Strömungskanäle (48) nur alle gleichzeitig oder in Gruppen unabhängig voneinander oder einzeln unabhängig voneinander freigebbar oder verschließbar sind.

10. Ofen nach Anspruch 8 oder 9 unter Rückbezug auf Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Revisionstüre (86) die Dichtanordnung (84) mit sich führt.

1 1. Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Revisionssystem (72) eine automatisierte Reinigungseinrichtung (102) umfasst.

12. Verfahren zur Behandlung von Material, insbesondere zur oxidativen Behandlung von Fasermaterial, insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern (22) in einem Ofen nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 be- handelt werden.