DE102022211877A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Passivierung von in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückständen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Passivierung von in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückständen Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Passivieren eines in einer Filtervorrichtung (40) auftretenden Filterrückstands beinhaltet die Schritte:- Zuführen eines von einem Filterelement (42) in der Filtervorrichtung (40) abgereinigten Filterrückstands zu einem Sammelbereich (71, 71a, 71b),- Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich (71, 71a, 71b),- Zuführen des verdichteten Filterrückstands zu einem Oxidationsbereich (290) in einer Oxidationseinrichtung (200, 210, 230 undOxidieren des verdichteten Filterrückstands in der Oxidationseinrichtung (200, 210, 230).

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Passivieren eines in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückstands und eine entsprechende Passivierungsvorrichtung.
  • Vorrichtungen und Verfahren zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte werden beispielsweise bei Verfahren verwendet, die als „Rapid Prototyping“, „Rapid Tooling“ und „Additive Manufacturing“ bezeichnet werden. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist unter dem Namen „selektives Lasersintern“ oder „selektives Laserschmelzen“ bekannt. Hierbei wird wiederholt eine Schicht eines in der Regel pulverförmigen Aufbaumaterials aufgebracht und das Aufbaumaterial in jeder Schicht durch selektives Bestrahlen von dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in dieser Schicht entsprechenden Stellen mit einem Laserstrahl selektiv verfestigt, beispielsweise indem das Aufbaumaterial an diesen Stellen durch die vom Laserstrahl bereitgestellte Energie teilweise oder vollständig geschmolzen wird und die Schmelze anschließend beim Abkühlen erstarrt. Weitere Details sind beispielweise in EP 2 978 589 B1 beschrieben.
  • Während eines additiven Herstellungsvorgangs wird oftmals in einer Prozesskammer, in der das Aufbaumaterial selektiv mittels Strahlung behandelt wird, eine Prozessgasatmosphäre aufrechterhalten. Bei der Prozessgasatmosphäre handelt es sich in der Regel um eine Inertgasatmosphäre (auch als „Schutzgasatmosphäre“ bezeichnet), da manche Aufbaumaterialien, insbesondere wenn diese metallhaltig sind, bei den auftretenden hohen Temperaturen zur Oxidation neigen, was die Ausbildung von Objekten verhindern oder zumindest die Ausbildung von Objekten mit wunschgemäßem Materialgefüge verhindern würde. Beispielsweise könnte Titan anfangen, bei Anwesenheit von Sauerstoff unkontrolliert zu brennen.
  • Während des Herstellvorgangs wird infolge der Bestrahlung häufig ein Teil des Aufbaumaterials verdampft, was nach der Wiederverfestigung der entstandenen Dämpfe zur Ausbildung von Kondensaten führt. Ferner wird häufig ein Teil des Aufbaumaterials aufgewirbelt. Darüber hinaus kann es durch die Bestrahlung zu der Entstehung von Spratzern kommen. Bei diesen handelt es sich in der Regel um erstarrte Tropfen der Schmelze des Aufbaumaterials mit einem Durchmesser zwischen beispielsweise 20 und 300 µm. Spratzer werden beispielsweise bei einem Einstechen des Laserstrahls aus der entstehenden Schmelze bzw. dem Schmelzbad herausgeschleudert.
  • Die genannten Effekte bei der Bestrahlung des Aufbaumaterials führen zu Verunreinigungen in der Prozessgasatmosphäre, die den additiven Herstellvorgang negativ beeinflussen können, insbesondere die Qualität der hergestellten Objekte herabsetzen können. Beispielsweise kann ein das Aufbaumaterial scannender (abtastender) Laserstrahl von in der Prozessgasatmosphäre enthaltenden Verunreinigungen absorbiert, gestreut oder abgelenkt werden. Weiterhin können sich Verunreinigungen auch auf einem Einkoppelfenster für den Laserstrahl niederschlagen oder sich auf der Oberfläche einer Aufbaumaterialschicht ablagern. Um hohen Qualitäts- und Effizienzanforderungen an den Herstellungsprozess zu genügen, muss daher das Prozessgas von diesen unerwünschten Zusätzen, in der Regel Kondensatpartikel mit einer Größe unterhalb von 50 nm bzw. pulverförmiges Aufbaumaterial mit Partikelgrößen zwischen 1 und 50 µm, befreit werden.
  • Für einen geringen Ressourcenverbrauch wird das Prozessgas, z.B. Argon, in einem Kreislauf geführt. Dies macht es aber erforderlich, das Prozessgas vor der Wiederzufuhr zur Prozesskammer durch Filterung von den Verunreinigungen zu reinigen. Hierfür wird in dem Prozessgaskreislauf eine Filtereinrichtung mit einem geeigneten Filterelement angeordnet. Da die verwendeten Filterelemente im Laufe des Betriebs immer mehr verschmutzen, müssen sie in gewissen Zeitabständen ausgetauscht werden oder aber, wie in DE 10 2014 207 160 A1 vorgeschlagen, mittels eines Gasdruckstoßes von Zeit zu Zeit abgereinigt werden.
  • Insbesondere bei Verwendung metallhaltiger bzw. metallischer Aufbaumaterialen (z.B. Titan oder Titanlegierungen) neigen die abgereinigten Filterrückstände zu einer Reaktion mit oxidativen Materialen, wobei die Reaktionsrate bei hohen Temperaturen erhöht ist. Hierdurch kann es zu Bränden oder Staubexplosionen kommen, was die Handhabung und Entsorgung der abgereinigten Filterrückstände verkompliziert.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, durch die eine sichere Handhabung und Entsorgung der abgereinigten Filterrückstände ermöglicht wird.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Passivieren eines in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückstands nach Anspruch 1 und eine Passivierungsvorrichtung nach Anspruch 15. Weiterbildungen der Erfindung sind jeweils in den Unteransprüchen angegeben. Dabei kann das Verfahren auch durch die untenstehenden bzw. in den Unteransprüchen ausgeführten Merkmale der Vorrichtungen weitergebildet sein oder umgekehrt, bzw. die Merkmale der Vorrichtungen können auch jeweils untereinander zur Weiterbildung genutzt werden.
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Passivieren eines in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückstands, weist die Schritte:
    • - Zuführen eines von einem Filterelement in der Filtervorrichtung abgereinigten Filterrückstands zu einem Sammelbereich,
    • - Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich,
    • - Zuführen des verdichteten Filterrückstands zu einem Oxidationsbereich in einer Oxidationseinrichtung und
    • - Oxidieren des verdichteten Filterrückstands in der Oxidationseinrichtung, auf.
  • Bei der Filtervorrichtung handelt es sich um eine Filtervorrichtung zum Filtern eines Prozessgases. Dabei bedeutet „Filtern eines Prozessgases“, dass das Prozessgas von Verunreinigungen, die nicht gasförmig sind, gereinigt wird, indem diese Verunreinigungen zumindest teilweise abgetrennt werden. Prozessgas wird vor dem Filtern allgemein auch als „Rohgas“ bezeichnet, während Prozessgas nach dem Filtern allgemein auch als „Reingas“ bezeichnet wird.
  • Bei dem Prozessgas kann es sich insbesondere um ein durch eine Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte geleitetes Prozessgas handeln. Additive Herstellvorrichtungen, auf die sich die Erfindung bezieht, sind hierbei insbesondere solche, die zur generativen Fertigung von dreidimensionalen Objekten, insbesondere aus einem metallhaltigen Aufbaumaterial, geeignet sind. Insbesondere bezieht sich dies auf solche Herstellvorrichtungen, in denen die Objekte schichtweise aufgebaut werden, also beispielsweise Laserschmelz- und Lasersintervorrichtungen. Für die Zufuhr der Strahlungsenergie können beispielsweise einer oder mehrere Gas- oder Festkörperlaser oder Laser anderer Art verwendet werden, beispielsweise auch Laserdioden, insbesondere VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) oder VECSEL (Vertical External Cavity Surface Emitting Laser), oder eine Zeile dieser Laser. Anstelle eines Lasers können beispielsweise eine andere Lichtquelle, ein Elektronenstrahl oder jede andere Energie- bzw. Strahlenquelle verwendet werden, die geeignet ist, das Aufbaumaterial durch Aufschmelzen desselben zu verfestigen.
  • Darüber hinaus ist aber auch eine Anwendung in nicht schichtweise arbeitenden generativen Vorrichtungen möglich, in denen bei einer hohen Prozesstemperatur gearbeitet wird, um Aufbaumaterial mit einem hohen Schmelzpunkt aufzuschmelzen, beispielsweise Laser Cladding-Vorrichtungen. In allen vorstehend genannten Fällen kann anstelle einer Vorrichtung mit einem Laser auch eine Vorrichtung verwendet werden, in der ein Elektronenstrahl zur Einbringung der notwendigen Energie zum Aufschmelzen des Aufbaumaterials eingesetzt wird.
  • Die Filtervorrichtung enthält bevorzugt zumindest eine Filterkammer, durch welche der Prozessgasstrom geleitet wird. Die Seite der Filterkammer, an der der Prozessgasstrom in die Filterkammer eintritt, wird nachfolgend auch als Rohgasseite bezeichnet. Die Seite der Filterkammer, an der der Prozessgasstrom nach Durchtritt durch ein Filterelement wieder die Filterkammer verlässt, wird nachfolgend auch als Reingasseite bezeichnet.
  • In jeder Filterkammer befindet sich zwischen Rohgasseite und Reingasseite zumindest ein Filterelement, womit gemeint ist, dass in einer Filterkammer durchaus auch zwei oder mehr Filterelemente vorhanden sein können, an denen nach Abtrennen der Filterkammer von dem Prozessgaskreislauf eine Wartung durchgeführt werden kann. Insbesondere können dabei an dem Filterelement anhaftende Filterrückstände, im Folgenden allgemein als „Filterrückstand“ bezeichnet, von dem Filterelement entfernt werden. Dieses Abreinigen kann beispielsweise mittels eines Gasdruckstoßes erfolgen, der in der Richtung, die der Strömungsrichtung zum Filtern des Prozessgases entgegengesetzt ist, durch das mindestens eine Filterelement geleitet wird. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Abreinigungsvorgänge mittels Gasdruckstoß beschränkt. Vielmehr könnte die Abreinigung auch unter Anwendung anderer Abreinigungsmethoden erfolgen, beispielsweise durch Abblasen, Abkehren, Abkratzen, Abschütteln etc. Auch eine Kombination mehrerer Techniken zum Abreinigen ist möglich.
  • Filterrückstände in einem Filterelement der Filtereinrichtung können hier Kondensatpartikel aus im Prozess verdampftem und rekondensiertem Aufbaumaterial, Pulverpartikel des Aufbaumaterials oder aber Inertisierungsstoffe in der Filtereinrichtung sein. Bei letzteren handelt es sich beispielsweise um Gesteinsmehle in der Größenordnung von 1 bis 20 µm, die die gefährlichen Kondensatpartikel räumlich voneinander trennen sollen und als thermischer Ballast dienen sollen. Pulverförmiges Aufbaumaterial zeigt typischerweise Partikelgrößen (d50) zwischen 25 und 35 µm, typischerweise 30 µm. Kondensatpartikel resultieren in der Regel aus Laserschweißrauch, der aus agglomerierten Nanopartikeln besteht, wobei die Primärpartikel in der Größenordnung von 5-50 nm liegen. Die im Filterelement als Filterrückstände verbleibenden Kondensatpartikel bilden oftmals mehrere Millimeter große Agglomerate.
  • Nach dem Abreinigen eines Filterelements gelangt der abgereinigte Filterrückstand in einen Sammelbereich. Bei dem Sammelbereich handelt es sich bevorzugt um einen Bereich unterhalb des Filterelements, in den der abgereinigte Filterrückstand infolge der Schwerkraft fallen oder rutschen kann. Insbesondere kann es sich bei dem Sammelbereich um einen gesonderten Behälter außerhalb der Filtervorrichtung handeln.
  • Optional ist der Sammelbereich durch eine Verschließeinrichtung von der Filtervorrichtung getrennt. Die Verschließeinrichtung kann zum einen dazu dienen, den Durchtritt von abgereinigtem Material (Filterrückständen) von der Filtervorrichtung zum Sammelbereich zu begrenzen oder sogar zu verhindern, um gegebenenfalls die zu oxidierende Materialmenge zu begrenzen. Zum anderen kann die Verschließeinrichtung dazu dienen, den Sammelbereich fluiddicht bzw. gasdicht von der Filtervorrichtung abzutrennen.
  • Unter Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich wird hier bevorzugt eine mechanische Behandlung eines abgereinigten Filterrückstands im Sammelbereich verstanden, bei der Agglomerate aufgebrochen werden, was zu einer Verringerung der Schüttdichte des Filterrückstands führt. Die Verdichtung kann dabei an im Sammelbereich ruhendem Filterrückstand erfolgen oder an Filterrückstand, der sich nach der Abreinigung durch den Sammelbereich bewegt, insbesondere infolge der Schwerkraft fällt oder rutscht. Zur Klarstellung sei angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verdichten nicht ein Aufbrechen von Agglomeraten umfasst, das durch ein Auftreffen auf Hindernisse, wenn sich der Filterrückstand bedingt durch die Schwerkraft nach unten bewegt, verursacht wird. Vielmehr handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Verdichten um ein mechanisches Einwirken auf den Filterrückstand ohne Ausnutzung der Schwerkraft, beispielsweise ein Richten einer Fluidströmung auf den Filterrückstand oder ein Drücken des Filterrückstands gegen ein Hindernis, zum Beispiel eine Wand, mittels eines Stempels, etc.
  • Eine Passivierung des verdichteten Filterrückstands erfolgt mittels Oxidation in einer Oxidationseinrichtung. Hierfür weist die Oxidationseinrichtung einen Oxidationsbereich auf, in dem eine Passivierung, insbesondere eine kontrollierte Oxidation, des Filterrückstands, bevorzugt unter Abschluss gegenüber der Umgebung, möglich ist. Für eine kontrollierte Oxidation wird dabei das Oxidationsmittel gesteuert bzw. kontrolliert zugeführt. Damit ist gemeint, dass die zugeführte Oxidationsmittelmenge begrenzt und/oder überwacht wird, um einen unkontrollierten Ablauf der Oxidationsreaktion zu verhindern. Es ist dabei auch möglich, eine Reaktion zwischen dem Filterrückstand und dem Oxidationsmittel mittels Energiezufuhr in Gang zu bringen (zu initiieren) bzw. zu verstärken oder zu beschleunigen. Das Oxidationsmittel kann gasförmig in Form eines sauerstoffhaltigen Gases, also eines Gasgemisches das Luft, reinen Sauerstoff oder Druckluft enthält, zugeführt werden. Insbesondere kann es auch mit Inertgas (z.B. Stickstoff oder Argon) vermischt sein (z.B. Stickstoff-Luft-Gemisch oder Argon-Luft-Gem isch).
  • Für das Abführen des verdichteten Filterrückstands aus dem Sammelbereich, so dass dieser in den Oxidationsbereich in der Oxidationseinrichtung gelangen kann, sind mehrere Verfahrensweisen möglich. Beispielsweise kann der Filterrückstand mittels eines Rührwerks aus dem Sammelbereich hinaus bewegt werden oder mittels einer Fördereinrichtung, beispielsweise eines Schneckenförderers hinaus bewegt werden. Alternativ kann das Abführen natürlich auch unter Ausnutzung der Schwerkraft erfolgen.
  • Erfindungsgemäß erfolgt vor der Passivierung des Filterrückstands mittels Oxidation eine (Vor-)verdichtung des Filterrückstands. Insbesondere können durch die (Vorverdichtung ein Agglomerate des Filterrückstands aufgebrochen werden. Zum einen kann durch das Verdichten die Fließfähigkeit des Filterrückstands (z.B. Metallkondensat) erhöht werden. Zum anderen kann durch die (Vor-)verdichtung aber auch eine raschere und vollständigere kontrollierte Oxidation des Filterrückstands in der Oxidationseinrichtung erzielt werden. Die Erfinder erklären sich dies damit, dass infolge des Aufbrechens der Agglomerate (z.B. Plättchen/Flocken mit bis zu 20 mm Größe und 0.1-1 mm Dicke) der Zutritt des Oxidationsmittels zu den Oberflächen der Partikel des Filterrückstands erleichtert wird.
  • Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Passivieren eines in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückstands mittels einer erfindungsgemäßen Passivierungsvorrichtung zur Passivierung eines in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückstands durchgeführt.
  • Optional kann in der Filtervorrichtung ein Filterhilfsstoff, insbesondere ein pulverförmiger Filterhilfsstoff, auf das mindestens eine Filterelement aufgebracht werden. Durch die Verwendung eines Filterhilfsstoffs können Filterrückstände inertisiert werden. Glasmehl als Filterhilfsstoff kann beispielsweise aufschmelzen und die Schmelzenthalpie kann dann dem Filterrückstand Wärme entziehen. Kalk als Filterhilfsstoff kann sich beispielsweise bei ca. 800°C endotherm zersetzen, was ebenfalls dem Filterrückstand Wärme entziehen kann. Bei einer Abreinigung gelangt dabei der Filterhilfsstoff zusammen mit dem Filterrückstand in den Sammelbereich. Hier kann ein erfindungsgemäßes Verdichten im Sammelbereich dafür sorgen, dass Verbackungen zwischen Filterrückstand und Filterhilfsstoff aufgebrochen werden, so dass dann in der Oxidationseinrichtung ein ungehinderter Zutritt des Oxidationsmittels zum Filterrückstand möglich ist.
  • Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein von einer Filtervorrichtung zum Filtern eines Prozessgases einer Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte aus einem metallhaltigen Aufbaumaterial abgereinigter Filterrückstand passiviert.
  • Vorzugsweise bezieht sich die Erfindung auf additive Herstellvorrichtungen, in denen metallhaltige Aufbaumaterialien verwendet werden, beispielsweise eisen- und/oder titanhaltige Aufbaumaterialien, aber auch kupfer-, magnesium-, aluminium-, wolfram-, cobalt-, chrom-, titan-, indium- und/oder nickelhaltige Materialien. Die genannten Elemente können zum einen annähernd in Reinform (mehr als 80 Gewichtsprozent des Aufbaumaterials ausmachend) oder aber als Bestandteil von Legierungen vorliegen.
  • Gerade die Filterrückstände aus Filtervorrichtungen für das Prozessgas in additiven Herstellungsprozessen mit metallhaltigem Aufbaumaterial sind oftmals hochreaktiv in Bezug auf Reaktionen mit Oxidationsmitteln, wie zum Beispiel Luftsauerstoff. Daher ist es gerade bei solchen Filterrückständen vorteilhaft, wenn der Filterrückstand möglichst vollständig oxidiert bzw. passiviert wird.
  • Bevorzugt erfolgt das Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich ohne Zufuhr von Oxidationsmitteln.
  • Sieht man von einem unbeabsichtigten Zutritt von Oxidationsmitteln von Seiten der Oxidationseinrichtung in den Sammelbereich ab, so wird bei dem Vorgehen hier die Oxidationsmittelkonzentration im Sammelbereich auf alle Fälle auf einem niedrigen Niveau gehalten, um die Verdichtung vor dem Beginn der Oxidationsreaktion durchzuführen. Von Seiten der Filtervorrichtung ist in der Regel nicht mit einem Zutritt von Oxidationsmittel zu rechnen, da das Prozessgas in der Regel einen sehr geringen Oxidationsmittelgehalt aufweist, um eine unbeabsichtigte Oxidation des Aufbaumaterials in der additiven Herstellvorrichtung, welche sich nachteilig auf den Herstellvorgang auswirkt, zu vermeiden. Im Ergebnis wird durch die unterbleibende Zufuhr von Oxidationsmitteln eine nicht hinreichende Oxidation, die daher rührt, dass das Oxidationsmittel keinen hinreichenden Zutritt zum agglomerierten Material hat, welches erst noch aufgebrochen werden muss, vermieden. Eine nicht hinreichende Oxidation kann eine hinreichende Passivierung in einem nachfolgenden eigentlichen Oxidationsschritt stark beeinträchtigen.
  • Bevorzugt kann zur Verdichtung des Filterrückstands dieser mit einer Fluidströmung beaufschlagt werden.
  • Insbesondere kann dafür gesorgt werden, dass Filterrückstand, der sich durch den Sammelbereich bewegt, also z.B. infolge der Schwerkraft fällt, während seiner Bewegung durch die Fluidströmung erfasst wird. Auf diese Weise sammelt sich dann im unteren Abschnitt des Sammelbereichs verdichteter Filterrückstand, der dann von dort aus dem Oxidationsbereich der Oxidationseinrichtung zugeführt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann Filterrückstand, der sich bereits im unteren Abschnitt des Sammelbereichs abgelagert hat, durch die Fluidströmung wieder aufgewirbelt werden.
  • Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um ein Gas handeln. Bevorzugt wird für das Verdichten das Fluid für einen Zeitraum zugeführt, der größer oder gleich 0,1 Sekunden und/oder kleiner oder gleich 120 Sekunden ist. Einen kurzen Zeitraum kann man insbesondere dann vorsehen, wenn das Fluid gepulst zugeführt wird, einen längeren Zeitraum wird man bei stationärer Zuführung des Fluids vorsehen. Bevorzugt sollte aus Kostengründen ein eher kurzer Zeitraum gewählt werden, mit anderen Worten ein Zeitraum der kleiner oder gleich 30 Sekunden ist, bevorzugt kleiner oder gleich 20 Sekunden, noch bevorzugter kleiner oder gleich 10 Sekunden.
  • Weiter bevorzugt weist das Fluid der Fluidströmung als Hauptbestandteil ein Inertgas, bevorzugt Argon, auf.
  • Als Inertgas wird hier ein Gas angesehen, das keine oxidierende Wirkung auf den Filterrückstand ausübt, beispielsweise Argon oder Stickstoff, wobei auch Mischungen unterschiedlicher Elemente/Moleküle möglich sind. Bevorzugt sollte der Oxidationsmittelgehalt des verwendeten Gases (in Vol.-%) kleiner oder gleich dem Oxidationsmittelgehalt des in der Filtervorrichtung gefilterten Prozessgases sein. Bevorzugt liegt der Oxidationsmittelgehalt des verwendeten Gases unterhalb von 1,3 Vol.-%, besonders bevorzugt unterhalb von 1,0 Vol.-%. Je nach verwendetem Inertgas (z.B. Argon) kann auch ein Oxidationsmittelgehalt unterhalb von 0,1 Vol.-% zur Anwendung kommen.
  • Weiter bevorzugt wird der Filterrückstand dadurch mit einer Fluidströmung beaufschlagt, dass dem Sammelbereich das Fluid über mindestens einen Fluideinlass zugeführt wird, wobei bevorzugt die Fluidströmung turbulent ist.
  • Bevorzugt weist der Fluideinlass eine kreisförmige oder ovale Öffnung auf. Eine turbulente Strömung ist geeignet, für eine hinreichende Verwirbelung des Filterrückstands zu sorgen, insbesondere auch für Scherkräfte in den Agglomeraten, was dann zum Aufbrechen von Agglomeraten führt. Zum Erhalt einer turbulenten Strömung wird die zugeführte Strömung bevorzugt so gewählt, dass die Reynoldszahl oberhalb von 1000, bevorzugt oberhalb von 3000, noch weiter bevorzugt oberhalb von 5000 und/oder unterhalb von 100000, bevorzugt unterhalb von 30000 liegt.
  • Noch weiter bevorzugt wird das Fluid dem Sammelbereich (71, 71a, 71b) durch einen Fluideinlass (75, 76) zugeführt, der einen Innendurchmesser aufweist, welcher größer oder gleich 3 mm und/oder kleiner oder gleich 30 mmm ist, bevorzugt größer oder gleich 8 mm und/oder kleiner oder gleich 15 mm ist, wobei der zugeführte Volumenstrom größer oder gleich 10 l/min und/oder kleiner oder gleich 200 l/min ist, bevorzugt größer oder gleich 80 l/min und/oder kleiner oder gleich 120 l/min ist, und das Fluid mit einer mittleren Geschwindigkeit, die größer oder gleich 3 m/s und/oder kleiner oder gleich 200 m/s ist, bevorzugt größer oder gleich 15 m/s und/oder kleiner oder gleich 45 m/s ist, zugeführt wird.
  • Die konkreten Werte der genannten Parameter (Durchmesser des Fluideinlasses, Gasmenge bzw. Volumenstrom und mittlere Geschwindigkeit des Fluids) werden dabei so gewählt, dass sich die oben erwähnten bevorzugten Werte für die Reynoldszahl, ergeben, um eine turbulente Strömung zu erhalten, insbesondere bei Verwendung von Argongas oder Stickstoffgas als Inertgas. Bei nicht-kreisförmiger Öffnung des Fluideinlasses kann der D auf den kleinsten Durchmesser der Öffnung bezogen sein.
  • Weiter bevorzugt kann die Fluidströmung diskontinuierlich sein.
  • Eine diskontinuierliche Fluidströmung lässt sich beispielsweise dadurch erzeugen, dass das Fluid dem Sammelbereich gepulst, z.B. in Gestalt von Druckstößen, zugeführt wird. Solch eine diskontinuierliche Fluidströmung kann zu besonders starken Erschütterungen der Agglomerate führen.
  • Weiter bevorzugt kann der Sammelbereich eine gekrümmte Wand aufweisen und die Fluidströmung in einer Richtung zugeführt werden, die eine Richtungskomponente tangential zur gekrümmten Wand des Sammelbereichs aufweist.
  • Um eine gekrümmte Wand des Sammelbereichs zu realisieren, kann beispielsweise ein Sammelbereich mit Zylinder- oder Kegelgestalt (Trichtergestalt) gewählt werden. Hierbei wird die allgemeine mathematische Definition eines Zylinders und eines Kegels zugrunde gelegt, wobei es sich bevorzugt um einen geraden Zylinder und einen geraden Kegel und/oder einen Zylinder oder Kegel bzw. Kegelstumpf mit kreisförmiger oder ovaler Grundfläche handelt. Wenn im Fall eines geraden Zylinders oder eines geraden Kegel(-stumpf)s die Fluidströmung eine Richtungskomponente tangential zur gekrümmten Wand aufweist, dann wird der Filterrückstand durch das Fluid infolge der Krümmung der Wand gegen die Wand gedrückt. Bei einem geraden Zylinder oder Kegel wäre dies eine Richtungskomponente parallel zur Grundfläche. Die als Folge auftretenden Scherkräfte führen zu einer Zerkleinerung von Agglomeraten.
  • Wenn die zugeführte Fluidströmung eine Richtungskomponente zum unteren Abschnitt des Sammelbereichs hin (zur Oxidationseinrichtung hin) aufweist, dann entsteht dadurch ein Zykloneffekt. Die daraus resultierenden Zentrifugalkräfte unterstützen die mechanische Interaktion des Filterrückstands mit der Wand, wodurch die verdichtende Wirkung verstärkt wird.
  • Wenn die zugeführte Fluidströmung eine Richtungskomponente aufweist, die vom unteren Abschnitt des Sammelbereichs weg gerichtet ist (von der Oxidationseinrichtung weg gerichtet ist), dann wird der Filterrückstand durch die Fluidströmung wieder in Richtung der Filtervorrichtung, zum Filterelement hin, gedrückt. Gegebenenfalls kann dann eine optional vorhandene Verschließeinrichtung zwischen Sammelbereich und Filtervorrichtung geöffnet sein. In diesem Fall kann dann durch einen nochmaligen Abreinigungsvorgang der Filterrückstand nochmals dem Sammelbereich zugeführt werden, um darin nochmals verdichtet zu werden. Das Zurückdrücken zum Filterelement und nachfolgende Abreinigen kann dabei auch mehr als einmal durchgeführt werden. Bei solch einem Vorgehen kann für eine besonders hohe Verdichtung vor der Oxidation gesorgt werden.
  • Bei einem alternativen Vorgehen wird für den Sammelbereich die Gestalt eines Prismas oder einer auf dem Kopf stehenden Pyramide (zum Erhalt eines Trichters) gewählt. Hierbei wird die allgemeine mathematische Definition eines Prismas und einer Pyramide zugrunde gelegt. Auch bei diesem alternativen Vorgehen kann die Fluidströmung so gerichtet werden, dass Filterrückstand gegen eine Wand des Sammelbereichs gedrückt wird. Bei einem bevorzugt geraden Prisma oder einer bevorzugt geraden Pyramide wäre dies insbesondere eine Richtung parallel zur Grundfläche.
  • Bevorzugt kann zur Zuführung des verdichteten Filterrückstands zu der Oxidationseinrichtung eine Schwerkraftförderung verwendet werden.
  • Eine Schwerkraftförderung lässt sich z.B. so realisieren, dass der Einzugsbereich der Oxidationseinrichtung unterhalb des Sammelbereichs, insbesondere unterhalb der Verschließeinrichtung, angeordnet wird oder gegebenenfalls den unteren Teil des Sammelbereichs bildet, sodass der verdichtete Filterrückstand, gegebenenfalls nach Öffnen der Verschließeinrichtung infolge der Schwerkraft in den Einzugsbereich der Oxidationseinrichtung fallen oder rutschen kann.
  • Bevorzugt wird der Filterrückstand solange verdichtet, bis sich ein Schüttdichtewert des Filterrückstands um mindestens 50% erhöht hat, bevorzugt um mindestens 80%, besonders bevorzugt um mindestens 100%.
  • Die Schüttdichte wird dabei nach den Vorgaben in DIN EN 1097-3 ermittelt.
  • Bevorzugt ist während der Oxidation in der Oxidationseinrichtung zumindest ein Teil des Sammelbereichs gasdicht gegenüber der Oxidationseinrichtung abgeschottet.
  • Die gasdichte Abschottung kann mittels eines Verschlusses am unteren Ende des Sammelbereichs bewerkstelligt werden. Der Verschluss könnte jedoch auch im Sammelbereich angeordnet sein, wodurch dieser dann in zwei Teil-Sammelbereiche unterteilt würde. Der der Oxidationseinrichtung benachbarte Teil-Sammelbereich könnte auch den Einzugsbereich der Oxidationseinrichtung umfassen, insbesondere identisch zu diesem sein. Als Verschluss eignet sich beispielsweise ein Scheibenventil. Die gasdichte Abschottung verhindert zum einen, dass Oxidationsmittel von der Oxidationseinrichtung in den an die Filtervorrichtung angrenzenden Teil-Sammelbereich oder den gesamten Sammelbereich gelangt. Zum anderen ermöglicht die gasdichte Abschottung auch, dass der Filterrückstand im an die Filtervorrichtung angrenzenden Teil-Sammelbereich oder dem gesamten Sammelbereich erst für eine kontrollierte Zeitspanne verdichtet wird, bevor er oxidiert wird.
  • Bevorzugt kann in der Oxidationseinrichtung eine mehrstufige Oxidation des Filterrückstands durchgeführt werden.
  • Eine mehrstufige Oxidation bietet den Vorteil, dass der Filterrückstand auf diese Weise zum einen behutsam, d. h. unter Begrenzung der bei der Oxidation freigesetzten Energie, und zum anderen umfassend, infolge der Mehrstufigkeit, oxidiert wird.
  • Bevorzugt kann die mehrstufige Oxidation dadurch realisiert werden, dass eine Oxidationseinrichtung verwendet wird, die einen Oxidationsbereich aufweist, der in eine Mehrzahl von Oxidationszonen unterteilt ist, wobei das Filterrückstandsmaterial zeitlich nacheinander in der Mehrzahl von Oxidationszonen oxidiert wird durch Zuführen eines ein Oxidationsmittel enthaltenden Gases, wobei bevorzugt die Konzentration des Oxidationsmittels in dem Gas, das der Oxidationszone zugeführt wird, in der das Material als Erstes oxidiert wird, geringer ist als die Konzentration des Oxidationsmittels in dem Gas das einer der Oxidationszonen zugeführt wird, in denen nachfolgend oxidiert wird.
  • Die Verwendung einer derartig gestalteten Oxidationseinrichtung, bei der es sich insbesondere um eine Förderschnecke handeln kann, erleichtert die Durchführung einer mehrstufigen Oxidation. Wenn dabei die Konzentration des Oxidationsmittels in der Oxidationszone, die dem Sammelbereich am Nächstgelegensten ist, in dieser wird als Erstes oxidiert, niedriger gehalten wird als in den übrigen Oxidationszonen, dann erleichtert dies das Fernhalten des Oxidationsmittels von der Filtervorrichtung und einem an diese angrenzenden Teil-Sammelbereich oder dem gesamten Sammelbereich.
  • Eine erfindungsgemäße Passivierungsvorrichtung (100) zur Passivierung eines in einer Filtervorrichtung (40) auftretenden Filterrückstands, weist auf:
    • - einen Sammelbereich, der ausgebildet ist, einen von einem Filterelement in der Filtervorrichtung abgereinigten Filterrückstand entgegenzunehmen,
    • - eine erste Verdichtungseinrichtung zum Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich und
    • - eine Oxidationseinrichtung, die ausgebildet ist, den von der Verdichtungseinrichtung verdichteten Filterrückstand in einem in der Oxidationseinrichtung vorhandenen Oxidationsbereich zu oxidieren.
  • Die Filtervorrichtung, ihre Abreinigung und die im Zuge ihrer Abreinigung anfallenden Filterrückstände wurden bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Passivierung eines in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückstands näher beschrieben. Die dortigen Ausführungen gelten entsprechend auch für die erfindungsgemäße Passivierungsvorrichtung zur Passivierung eines in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückstands, insbesondere mittels eines erfindungsgemäßen Passivierungsverfahrens.
  • Nach dem Abreinigen eines Filterelements gelangt der abgereinigte Filterrückstand in den Sammelbereich. Bei dem Sammelbereich handelt es sich bevorzugt um einen im Betrieb der Passivierungsvorrichtung unterhalb des Filterelements angeordneten Bereich, insbesondere ein Rohr oder einen Trichter, in den der abgereinigte Filterrückstand infolge der Schwerkraft fallen oder rutschen kann. Auch kann es sich bei dem Sammelbereich um einen gesonderten Behälter außerhalb der Filtervorrichtung handeln.
  • Optional ist der Sammelbereich durch eine Verschließeinrichtung von der Filtervorrichtung getrennt. Die Verschließeinrichtung kann zum einen dazu dienen, den Durchtritt von abgereinigtem Material (Filterrückständen) von der Filtervorrichtung zum Sammelbereich zu begrenzen oder sogar zu verhindern, um gegebenenfalls die zu oxidierende Materialmenge zu begrenzen. Zum anderen kann die Verschließeinrichtung dazu dienen, den Sammelbereich fluiddicht bzw. gasdicht von der Filtervorrichtung abzutrennen.
  • Die erste Verdichtungseinrichtung ist eine Vorrichtung, die den abgereinigten Filterrückstand mechanisch behandelt, insbesondere so, dass Agglomerate im Filterrückstand aufgebrochen werden, was zu einer Verringerung der Schüttdichte des Filterrückstands führt. Die erste Verdichtungseinrichtung ist dabei so ausgelegt, dass die mechanische Behandlung im Sammelbereich stattfindet. Die Behandlung kann dabei an im Sammelbereich ruhendem Filterrückstand erfolgen oder an Filterrückstand, der sich nach der Abreinigung durch den Sammelbereich bewegt, insbesondere infolge der Schwerkraft fällt oder rutscht. Die erste Verdichtungseinrichtung kann beispielsweise eine Vorrichtung sein, die eine Fluidströmung auf den Filterrückstand richtet, oder eine Vorrichtung sein, die den Filterrückstand gegen ein Hindernis, zum Beispiel eine Wand, drückt, z.B. mittels eines Stempels, etc.
  • Eine Vorrichtung, die eine Fluidströmung auf den Filterrückstand richtet, besteht beispielsweise aus mindestens einem Fluideinlass in der Wand des Sammelbereichs, dem die mittels einer Fluidströmungserzeugungsvorrichtung erzeugte Fluidströmung zugeführt wird. Bei der Fluidströmungserzeugungsvorrichtung handelt es sich z.B. um einen Hochdruckventilator oder aber ein Fluidreservoir zusammen mit einer Reguliervorrichtung. Das Fluidreservoir kann z.B. eine Druckgasflasche, an die ein Reduzierventil angeschlossen ist, sein. Auch die Verwendung einer anderen Fluidquelle ist möglich, beispielsweise eine Hausversorgung mit Argon oder Stickstoff oder ein Stickstoffgenerator.
  • Die Oxidationseinrichtung ist ausgelegt, eine Oxidation des im Sammelbereich verdichteten Filterrückstands zu bewirken. Bevorzugt weist hierfür die Oxidationseinrichtung einen Oxidationsbereich auf, in dem eine kontrollierte Oxidation des Filterrückstands möglich ist und dem ein Oxidationsmittel zugeführt werden kann. Optional weist die Oxidationseinrichtung auch noch eine Energiezufuhreinheit auf, mit der eine Reaktion zwischen dem Filterrückstand und dem Oxidationsmittel mittels Energiezufuhr in Gang gebracht (initiiert), verstärkt oder beschleunigt werden kann. Bevorzugt weist die Oxidationseinrichtung zumindest einen Oxidationsmittel-Einlass auf, durch den das Oxidationsmittel gasförmig in Form eines sauerstoffhaltigen Gases, also z.B. Luft, reinem Sauerstoff, insbesondere einem Gemisch aus Luft oder Druckluft oder Sauerstoff mit Inertgas (z.B. Stickstoff oder Argon), zugeführt werden kann.
  • In der erfindungsgemäßen Passivierungsvorrichtung erfolgt eine Zuführung des von der ersten Verdichtungseinrichtung verdichteten Filterrückstands zu einem Oxidationsbereich einer Oxidationseinrichtung. Für eine entsprechende Zuführung sind verschiedene Ausgestaltungen möglich. Beispielsweise kann der Filterrückstand mittels einer Fördereinrichtung, beispielsweise eines Schneckenförderers, aus dem Sammelbereich in Richtung Oxidationsbereich bewegt werden. Ein anderes Beispiel wäre eine Ausgestaltung der Zuführung mittels Schwerkraftförderung, indem z. B. ein Einzugsbereich der Oxidationseinrichtung, der unter Umständen auch ein Teil-Sammelbereich sein kann, unterhalb eines Auslasses des Sammelbereichs oder gegebenenfalls dem restlichen Sammelbereich angeordnet ist. Weiterhin wäre auch ein Transport des verdichteten Filterrückstands in Richtung des Oxidationsbereichs mittels eines Fluids möglich. Falls die Verdichtung durch die erste Verdichtungseinrichtung unter Zuhilfenahme einer Fluidströmung erfolgt, könnte auch das in diesem Zusammenhang verwendete Fluid für einen Weitertransport in Richtung des Oxidationsbereichs verwendet werden.
  • Bevorzugt kann die Passivierungsvorrichtung einen Verschluss aufweisen, durch den die Oxidationseinrichtung zumindest gegenüber einem Teil des Sammelbereichs gasdicht abtrennbar ist. Außerdem kann die Oxidationseinrichtung mindestens einen steuerbaren Einlass zur Zuführung eines Oxidationsmittels zum Oxidationsbereich aufweisen.
  • Eine Oxidationseinrichtung in Gestalt eines Oxidationsbehälters gestattet eine Oxidationsreaktion unter Abschluss gegenüber der Umgebung. Hierdurch ist es möglich, einen unkontrollierten Zutritt von Oxidationsmittel aus der Umgebung, gegebenenfalls von Teilen des Sammelbereichs oder dem gesamten Sammelbereich, zu verhindern. Für eine kontrollierte Oxidation kann die Oxidationseinrichtung eine Steuereinrichtung zur Steuerung der zugeführten Oxidationsmittelmenge aufweisen. Die Steuerung begrenzt und/oder überwacht dabei die zugeführte Oxidationsmittelmenge, um einen unkontrollierten Ablauf der Oxidationsreaktion zu verhindern. Bevorzugt ist die Steuerung ausgelegt, die an einem Oxidationsmittel-Einlass zugeführte Oxidationsmittelmenge zu steuern und/oder zu überwachen, gegebenenfalls auch zu regeln, indem die Steuerung auf zumindest einen Sensor zugreift, der die Oxidationsmittelmenge im Oxidationsbehälter und/oder an dem Oxidationsmittel-Einlass erfasst.
  • Weiter bevorzugt kann die Oxidationseinrichtung eine zweite Verdichtungseinrichtung aufweisen, die geeignet ist, den Filterrückstand nachzuverdichten, bevorzugt während eine Oxidation in der Oxidationseinrichtung stattfindet.
  • Die zweite Verdichtung bzw. Nachverdichtung kann zu einer spürbaren Verringerung der in einem Abfallbehälter zu entsorgenden und gegebenenfalls aufzubereitenden passivierten Filterrückstände sorgen. Dies führt zu einer geringeren Herstelldauer und geringeren Kosten, da der Abfallbehälter seltener getauscht werden muss. Desweiteren wird das zu handhabende und zu entsorgende Abfallvolumen, das während eines Herstellvorgangs anfällt, deutlich reduziert.
  • Der Oxidationsbereich kann eine Mehrzahl von Oxidationszonen aufweisen, wobei bevorzugt jede einen Einlass zur Zufuhr eines Oxidationsmittels aufweist.
  • Eine Mehrzahl von Oxidationszonen kann in zweierlei Hinsicht von Vorteil sein. Zum einen kann dadurch der Filterrückstand zeitlich nacheinander in der Mehrzahl von Oxidationszonen oxidiert werden, was es insbesondere gestattet, in den unterschiedlichen Oxidationszonen mit einem unterschiedlichen Oxidationsmittelgehalt bzw. einer unterschiedlichen Oxidationsmittelmenge zu arbeiten. Zum anderen kann durch die Schaffung mehrerer Oxidationszonen die Filterrückstandsmenge zeitgleich an mehreren Stellen oxidiert werden, wobei dann auch das Oxidationsmittel kleinräumiger zugeführt werden kann, was den Zutritt des Oxidationsmittels zum Filterrückstand erleichtert. Im Ergebnis kann der Oxidationsvorgang effektiver vonstatten gehen.
  • Weiter bevorzugt kann es sich bei der zweiten Verdichtungseinrichtung um eine Förderschnecke handeln.
  • Insbesondere kann eine solche Förderschnecke einen Schneckenzylinder aufweisen, in dem der Schneckenkern steckt. In diesem Fall kann die Oxidation innerhalb des Schneckenzylinders stattfinden, sodass in Gestalt der Förderschnecke eine verdichtende Oxidationseinrichtung vorliegt. Hierfür kann in einem Bereich innerhalb des Schneckenzylinders über einen Oxidationsmittel-Einlass dem Filterrückstand, der durch die Schnecke gefördert wird, ein Oxidationsmittel in fester, flüssiger oder Gasform, z.B. Sauerstoff oder ein mit Sauerstoff angereichertes Inertgas, zugeführt werden. Die Förderschnecke kann dabei mit einer Drehzahl betrieben werden, die bevorzugt größer oder gleich 0,5 U/min und/oder kleiner oder gleich 100 U/min, noch bevorzugter größer oder gleich 1 U/min und/oder kleiner oder gleich 5 U/min ist. Zur Herbeiführung einer kontrollierten Oxidation ist die Schnecke bevorzugt von Heizelementen umgeben, die das Filterrückstand-Gas-Gemisch aufheizen, wobei die Oxidationsgeschwindigkeit über die Temperatur und die Sauerstoffkonzentration eingestellt wird.
  • Wenn eine Förderschnecke als zweite Verdichtungseinrichtung in Kombination mit der ersten Verdichtungseinrichtung verwendet wird, dann führt dies zu besonderen Vorteilen. Durch das Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich durch die erste Verdichtungseinrichtung kann der Filterrückstand besser in die Zwischenräume zwischen den Wendelgängen der Schnecke rutschen, was zu einem höheren Füllgrad der Schnecke führt. Ein höherer Füllgrad wiederum zieht eine erhöhte Reaktionstemperatur bei der Oxidation nach sich, da die Wärmeenergie schlechter abfließen kann, was wiederum zu einer stärkeren Verdichtung in der Schnecke führt, bei der die Filterrückstände gegebenenfalls teilweise versintern. Abgesehen davon kann auch eine wirkungsvollere Verdichtung in der Schnecke erzielt werden, wenn in dieser durch eine Vergrößerung des Kerndurchmessers und/oder Verringerung der Gangsteigung in Förderrichtung Druck auf das Material ausgeübt wird. Im Ergebnis erhält man als Abfallprodukt einen Filterrückstand, der stärker passiviert ist und stärker verdichtet ist. Die stärkere Verdichtung bewirkt dabei, dass die Abfälle in komprimierterer Form vorliegen, so dass die Zeitabstände, in denen ein Sammelbehälter für die Abfälle geleert werden muss (die Standzeiten des Sammelbehälters) größer sein können oder aber ein kleinerer Sammelbehälter vorgesehen werden kann.
  • Bevorzugt kann der Sammelbereich, insbesondere während der Verdichtung des Filterrückstands im Sammelbereich, gasdicht abschottbar sein.
  • Hierdurch kann insbesondere vermieden werden, dass während des im Sammelbereich stattfindenden Verdichtungsvorgangs oxidationsmittelhaltiges Gas in den Sammelbereich gelangt, weder vom Oxidationsbereich der Oxidationseinrichtung her noch von anderen Stellen, beispielsweise von Seiten der Filtervorrichtung her.
  • Bevorzugt kann der Sammelbereich eine gekrümmte Wand aufweisen, wobei mindestens ein Fluideinlass so in der gekrümmten Wand angebracht ist, dass durch ihn ein Fluid in einer Richtung in den Sammelbereich eintreten kann, die eine Richtungskomponente tangential zur gekrümmten Wand aufweist.
  • Um eine gekrümmte Wand des Sammelbereichs zu realisieren, kann beispielsweise ein Sammelbereich mit Zylinder- oder Kegelgestalt gewählt werden. Hierbei wird die allgemeine mathematische Definition eines Zylinders und eines Kegels zugrunde gelegt, wobei es sich bevorzugt um einen geraden Zylinder und einen geraden Kegel und/oder einen Zylinder oder Kegel bzw. Kegelstumpf mit kreisförmiger oder ovaler Grundfläche handelt. Wenn in solch einem Fall die Fluidströmung eine Richtungskomponente tangential zur gekrümmten Wand aufweist, dann wird der Filterrückstand durch das Fluid infolge der Krümmung der Wand gegen die Wand gedrückt. Bei einem geraden Zylinder oder Kegel(-stumpf) wäre dies eine Richtungskomponente parallel zur Grundfläche. Die als Folge auftretenden Scherkräfte führen zu einer Zerkleinerung von Agglomeraten.
  • Wenn die zugeführte Fluidströmung eine Richtungskomponente zum unteren Abschnitt des Sammelbereichs hin (zur Oxidationseinrichtung hin) aufweist, dann entsteht dadurch ein Zykloneffekt. Die daraus resultierenden Zentrifugalkräfte unterstützen die mechanische Interaktion des Filterrückstands mit der Wand, wodurch die verdichtende Wirkung verstärkt wird.
  • Wenn die zugeführte Fluidströmung eine Richtungskomponente aufweist, die vom unteren Abschnitt des Sammelbereichs weg gerichtet ist (von der Oxidationseinrichtung weg gerichtet ist), dann wird der Filterrückstand durch die Fluidströmung wieder in Richtung der Filtervorrichtung, zum Filterelement hin, gedrückt. In diesem Fall kann dann durch einen nochmaligen Abreinigungsvorgang der Filterrückstand dann nochmals dem Sammelbereich zugeführt werden, um darin nochmals verdichtet zu werden. Bei solch einem Vorgehen kann für eine besonders hohe Verdichtung vor der Oxidation gesorgt werden.
  • Bei einem alternativen Vorgehen hat der Sammelbereich die Gestalt eines Prismas oder einer auf dem Kopf stehenden Pyramide (zum Erhalt eines Trichters). Hierbei wird die allgemeine mathematische Definition eines Prismas und einer Pyramide zugrunde gelegt. Auch bei diesem alternativen Vorgehen kann der Fluideinlass so angeordnet sein, dass durch die Fluidströmung Filterrückstand gegen eine Wand des Sammelbereichs gedrückt wird. Bei einem bevorzugt geraden Prisma oder einer bevorzugt geraden Pyramide würde das Fluid dann insbesondere parallel zur Grundfläche einströmen.
  • Die Richtung der Fluidströmung kann in allen Fällen durch die Ausrichtung des Fluideinlasses, z.B. eines Rohrstutzens, vorgegeben werden.
  • Bei einer besonderen Ausgestaltung kann der Sammelbereich in der Filtervorrichtung angeordnet sein.
  • Insbesondere kann der Sammelbereich durch den untersten Abschnitt eines Gehäuses der Filtervorrichtung ausgebildet sein. In diesem Fall kann sich dann abgereinigter Filterrückstand infolge der Schwerkraft in dem solchermaßen ausgebildeten Sammelbereich ansammeln. Dies führt zu einem kompakteren Gesamtaufbau, bei dem Filtervorrichtung und Passivierungsvorrichtung sich den Sammelbereich teilen.
  • Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.
    • 1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften additiven Herstellvorrichtung, mit der zusammen die Erfindung angewendet werden kann.
    • 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Filtervorrichtung zusammen mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Passivierungsvorrichtung.
    • 3 zeigt die unterhalb der in 2 eingezeichneten Schnittebene A-A liegenden Komponenten der Passivierungsvorrichtung (mit Ausnahme der Oxidationseinrichtung) in Draufsicht.
    • 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Oxidationseinrichtung, bei der die Oxidation in einer Förderschnecke stattfindet.
    • 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Oxidationseinrichtung, bei der die Oxidation in einer Förderschnecke stattfindet.
    • 6 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Oxidationsmittel-Einlässe an einer Oxidationseinrichtung, die in 4 und 5 gezeigt ist, veranschaulicht.
    • 7 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Schneckenwendel an einer Oxidationseinrichtung, die in 4 und 5 gezeigt ist, veranschaulicht.
    • 8 zeigt Beispiele von Mischern, die als Vorbild für einen als Mischer ausgestalteten Abschnitt der Schneckenwendel dienen können.
    • 9 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Ausgestaltung einer Förderschnecke.
    • 10 zeigt in schematischer Darstellung ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Passivierungsvorrichtung.
  • Nachfolgend wird mit Bezug auf 1 zunächst ein grundlegender Aufbau einer additiven Herstellvorrichtung, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, am Beispiel einer Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung beschrieben. Die in 1 dargestellte Laserschmelzvorrichtung 1 enthält zum Aufbauen eines Objekts 2 eine Prozesskammer 3 mit einer Kammerwandung 4.
  • In der Prozesskammer 3 ist ein nach oben offener Behälter 5 mit einer Behälterwandung 6 angeordnet. Durch die obere Öffnung des Behälters 5 wird eine Arbeitsebene 10 definiert, wobei der innerhalb der Öffnung liegende Bereich der Arbeitsebene 10, der zum Aufbau des Objekts 2 verwendet werden kann, als Baufeld bezeichnet wird.
  • In dem Behälter 5 ist ein in einer vertikalen Richtung V bewegbarer Träger 7 angeordnet, an dem eine Grundplatte 8 angebracht ist, die den Behälter 5 nach unten abschließt und damit dessen Boden bildet. Die Grundplatte 8 kann eine getrennt von dem Träger 7 ausgebildete Platte sein, die an dem Träger 7 befestigt ist, oder sie kann integral mit dem Träger 7 ausgebildet sein. Je nach verwendetem Pulver und Prozess kann auf der Grundplatte 8 noch eine Bauplattform 9 als Bauunterlage angebracht sein, auf der das Objekt 2 aufgebaut wird. Das Objekt 2 kann aber auch direkt auf der Grundplatte 8 aufgebaut werden, die dann als Bauunterlage dient. In 1 ist das in dem Behälter 5 auf der Bauplattform 9 zu bildende Objekt 2 unterhalb der Arbeitsebene 10 in einem Zwischenzustand dargestellt mit mehreren verfestigten Schichten, umgeben von unverfestigt gebliebenem Aufbaumaterial 11.
  • Die Laserschmelzvorrichtung 1 enthält desweiteren einen Vorratsbehälter 12 für ein durch elektromagnetische Strahlung verfestigbares, pulverförmiges oder pastoses Aufbaumaterial 13 und einen in einer horizontalen Richtung H bewegbaren Beschichter 14 zum Aufbringen des Aufbaumaterials 13 innerhalb des Baufelds.
  • Vorzugsweise erstreckt sich der Beschichter 14 quer zu seiner Bewegungsrichtung über den ganzen zu beschichtenden Bereich.
  • An ihrer Oberseite enthält die Wandung 4 der Prozesskammer 3 ein Einkoppelfenster 15 für den zum Verfestigen des Pulvers 13 dienenden Laserstrahl 22.
  • Die Laserschmelzvorrichtung 1 enthält ferner eine Belichtungsvorrichtung 20 mit einem Laser 21, der einen Laserstrahl 22 erzeugt, der über eine Umlenkvorrichtung 23 umgelenkt und durch eine Fokussiervorrichtung 24 über das Einkoppelfenster 15 auf die Arbeitsebene 10 fokussiert wird.
  • Weiter weist die Laserschmelzvorrichtung 1 eine Steuereinheit 29 auf, über die die einzelnen Bestandteile der Laserschmelzvorrichtung 1 in koordinierter Weise zum Durchführen des Bauprozesses gesteuert werden. Die Steuereinheit kann eine CPU enthalten, deren Betrieb durch ein Computerprogramm (Software) gesteuert wird. Das Computerprogramm kann auf einem Speichermedium gespeichert sein, von dem aus es in die Vorrichtung, insbesondere in die Steuereinheit, geladen werden kann. In der vorliegenden Anmeldung schließt der Begriff „Steuereinheit“ jede computerbasierte Steuereinheit ein, die in der Lage ist, den Betrieb einer additiven Herstellvorrichtung, insbesondere von Komponenten derselben, zu steuern oder zu regeln. Dabei muss die Verbindung zwischen Steuereinheit und gesteuerten Komponenten nicht notwendigerweise kabelgestützt sein, sondern kann auch mittels Funk, WLAN, NFC, Bluetooth oder dergleichen implementiert werden, indem die Steuereinheit entsprechende Empfänger und Sender aufweist.
  • Im Betrieb wird zum Aufbringen einer Schicht des Aufbaumaterials zunächst der Träger 7 um eine Höhe abgesenkt, die der gewünschten Schichtdicke entspricht. Danach fährt der Beschichter 14 über das Baufeld und bringt dort eine Schicht Aufbaumaterial 13 auf der Bauunterlage oder einer vorhandenen Schicht bereits selektiv verfestigten Aufbaumaterials auf. Das Aufbringen erfolgt zumindest über den gesamten Querschnitt des herzustellenden Objekts 2, vorzugsweise über das gesamte Baufeld, also den durch die Behälterwandung 6 begrenzten Bereich.
  • Anschließend wird der Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 von dem Laserstrahl 22 abgetastet, sodass das pulverförmige Aufbaumaterial 13 an den Stellen verfestigt wird, die dem Querschnitt des herzustellenden Objekts 2 entsprechen. Dabei werden die Pulverkörner an diesen Stellen mittels der durch die Strahlung eingebrachten Energie teilweise oder vollständig aufgeschmolzen, so dass sie nach einer Abkühlung miteinander verbunden als Festkörper vorliegen. Diese Schritte werden so lange wiederholt, bis das Objekt 2 fertiggestellt ist und der Prozesskammer 3 entnommen werden kann.
  • Wie bereits eingangs erwähnt, entstehen beim Bestrahlen mit dem Laserstrahl abhängig von der Art des verwendeten Aufbaumaterials, insbesondere beim Sintern oder Schmelzen von Metallpulver, Spratzer, Rauche, Dämpfe und/oder Gase, die sich in die Prozesskammer hinein ausbreiten und den Herstellvorgang beeinträchtigen können, auch als Schweißrauch bezeichnet. Um solche Beeinträchtigungen des Herstellvorgangs zu vermeiden, wird ein Prozessgasstrom über die Arbeitsebene 10 geleitet. Zum Erzeugen einer laminaren Gasströmung 33 oberhalb der Arbeitsebene 10 enthält die Laserschmelzvorrichtung 1 daher einen Gaszuführkanal 31, eine Gaseinlassdüse 32, eine Gasauslassdüse 34 und einen Gasabführkanal 35. Die Gaszufuhr und -abfuhr kann durch eine eigene Gas-Steuervorrichtung 80 gesteuert werden, die in 1 getrennt von der Steuereinheit gezeigt ist, jedoch ist auch eine Steuerung durch die Steuereinheit 29 möglich. Über den Gasabführkanal 35 wird das aus der Prozesskammer 3 austretende Gas einer Filtervorrichtung 40 zugeführt, die Verunreinigungen aus dem Prozessgas herausfiltert, und danach über den Gaszuführkanal 31 wieder der Prozesskammer 3 zugeführt. Durch den Gaszuführkanal 31, die Gaseinlassdüse 32, die Gasauslassdüse 34, den Gasabführkanal 35 und eine Gasfördereinrichtung 50, z.B. ein Umwälzgebläse, insbesondere ein Hochdruckventilator, wird ein Gasumwälzsystem ausgebildet, das im Betrieb einen geschlossenen Gaskreislauf für ein durch die Prozesskammer geleitetes Prozessgas ermöglicht.
  • 2 zeigt eine schematisch dargestellte Filtervorrichtung 40, unter der eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Passivierungsvorrichtung 100 angeordnet ist. Es sei in diesem Zusammenhang bemerkt, dass sich hier verwendete Lage- und Richtungsbezeichnungen wie etwa „unten“/„oben“, „unterhalb“/„oberhalb“, „nach unten“/„nach oben“ etc. auf die dargestellte Betriebsposition, die aus den Figuren ersichtlich ist, beziehen.
  • Die Filtervorrichtung 40 umfasst eine Anzahl von Filterelementen 42, z.B. Gewebefilter mit 20 µm Polyesterfasern oder PE-Sinterfilter, die in einer Anzahl Filterkammern (nicht dargestellt) angeordnet sind. Eine Filterkammer weist dabei ein oder mehrere Filterelemente 42 auf.
  • Die Passivierungsvorrichtung 100 enthält einen trichterförmigen Sammelbereich (oder Sammeltrichter) 71 und eine Oxidationseinrichtung 200 darunter. Der trichterförmige Sammelbereich 71 weist an seinem unteren Ende einen Verschluss 73 auf, z.B. eine Irisblende oder eine pneumatisch/elektrisch angesteuerte Scheibenklappe, mit dem der Sammelbereich 71 gasdicht nach unten abgeschlossen werden kann.
  • An dem Gewebe eines Filterelements lagern sich im Laufe der Zeit die herausgefilterten Partikel an. Sie werden durch den von dem Prozessgasstrom ausgeübten Druck verdichtet und können je nach Material und Temperatur agglomerieren. So bildet sich im Lauf der Zeit ein Filterbelag aus einer Schicht verdichteter und/oder aneinander haftender Partikel aus, der im Allgemeinen als „Filterkuchen“ bezeichnet wird. Der Filterkuchen behindert die Gasströmung und führt zu einem immer größer werdenden Druckabfall an dem Filter, also zu einer Erhöhung der Druckdifferenz zwischen der Rohgas- und Reingasseite des Filterelements, wobei das zu filternde, die Verunreinigungen enthaltende Gas als Rohgas bezeichnet wird und das gefilterte Gas als „Reingas“ bezeichnet wird. Die Filterelemente 42 müssen als Folge davon von Zeit zu Zeit abgereinigt werden, um den Filterkuchen zu entfernen.
  • Eine Abreinigung eines Filterelements geschieht dabei z.B. so, dass ein Gasdruckstoß von der Auslassseite (Reingasseite) des Filterelements aus auf den Filterkuchen einwirkt, wodurch dieser in Schollen von dem Filterelement gelöst wird und bedingt durch die Schwerkraft in die darunter befindliche Passivierungsvorrichtung 100 fällt, insbesondere in einen trichterförmigen Sammelbereich 71 derselben. In 2 ist zwischen Filtervorrichtung 40 und Sammelbereich 71 noch eine optionale Verschließeinrichtung 74, z.B. eine Irisblende oder eine pneumatisch/elektrisch angesteuerte Scheibenklappe, gezeigt, die zum einen dazu dienen kann, den Durchtritt von abgereinigtem Material (Filterrückständen) 110 von der Filtervorrichtung 40 zum Sammelbereich 71 zu begrenzen oder sogar zu verhindern, um gegebenenfalls die den Sammelbereich und die Oxidationseinrichtung durchlaufende Materialmenge zu begrenzen. Zum anderen kann die Verschließeinrichtung 74 dazu dienen, den Sammelbereich 71 gasdicht von der Filtervorrichtung 40 abzutrennen. Insbesondere wenn keine Verschließeinrichtung 74 vorhanden ist, kann der Sammelbereich 71 auch als trichterförmiger unterster Abschnitt der Filtervorrichtung ausgebildet sein.
  • Wie man in 2 erkennt, ist in der Wandung des Sammelbereichs 71 ein Fluideinlass 75 angebracht, durch den ein Gasstrom, insbesondere ein Inertgas, wie z.B. Argon mit einem sehr niedrigen Gehalt an Oxidationsmittel (Sauerstoff)-Verunreinigungen, dem Sammelbereich 71 zugeführt wird. Der Oxidationsmittelgehalt sollte unterhalb von 1,3 Vol.-%, bevorzugt unterhalb von 0,1 Vol.-%, liegen.
  • 3 zeigt die unterhalb der in 2 eingezeichneten Schnittebene A-A liegenden Komponenten der Passivierungsvorrichtung 100 (mit Ausnahme der Oxidationseinrichtung 200) in Draufsicht. Es ist zu erkennen, dass der Fluideinlass 75 so angeordnet ist, dass die Fluidströmung (durch den Pfeil 62' symbolisiert) tangential zur Seitenwand des Sammelbereichs 71 in diesen eintritt. In der Figur ist dabei der obere Rand der Seitenwand mit dem Bezugszeichen 710 bezeichnet und der Teil der Seitenwand in Höhe des Fluideinlasses 75 mit dem Bezugszeichen 750 bezeichnet.
  • Eine nicht dargestellte Fluidströmungserzeugungsvorrichtung, z.B. ein Hochdruckventilator bzw. Radialventilator, beispielsweise aus einer der Baureihen HRD oder A-HP der Firma Elektror airsystems gmbh, Ostfildern, sorgt dafür, dass das Fluid z.B. mit einem Volumenstrom zwischen 10 l/min und 100 l/min, bevorzugt zwischen 20 l/min und 50 l/min, zugeführt werden kann. Solch ein Volumenstrom ist in der Regel ausreichend, um eine Verwirbelung des in den Sammelbereich 71 gelangenden abgereinigten Materials 110 durchzuführen. Der Innendurchmesser des Fluideinlasses ist dabei so ausgestaltet, dass das Fluid mit einer mittleren Geschwindigkeit zwischen 3 m/s und 200 m/s in den Sammelbereich eintreten kann. Die Verwirbelung des abgereinigten Materials (Filterrückstands) 110 führt dann zu einem Aufbrechen von Agglomeraten im abgereinigten Material 110, welche sich dann am unteren Ende des Sammelbereichs 71 nahe dem Verschluss 73 ansammeln. Durch die tangential zur Seitenwand des Sammelbereichs 71 zugeführte Fluidströmung wird abgereinigtes Material 110 gegen die Seitenwand gedrückt. Dies fördert das Aufbrechen von Agglomeraten aus relativ schwach aneinander gebundenen Primärteilchen in kleinere Einheiten. Nach einer nicht einschränkenden Theorie führt auch die durch die Richtung der Fluidströmung tangential zur Seitenwand entstehende Scherströmung zu einem Aufbrechen von Agglomeraten. Daneben wird das Aufbrechen von Agglomeraten auch durch Turbulenzen und/oder zerfallende Strömungswirbel in der Fluidströmung gefördert. Die gewünschten Turbulenzen werden insbesondere erzielt, wenn die Reynoldszahl oberhalb von 3000 liegt. Beispielsweise lässt sich für Argongas als Fluid bei einem Durchmesser des kreiszylindrischen Fluideinlasses von 10 mm und einem Volumenstrom von 80 l/min ein Wert der Reynoldszahl bei ca. 15000 erzielen.
  • Insbesondere wenn keine Verschließeinrichtung 74 vorhanden ist, kann die dem Sammelbereich zugeführte Fluidströmung wieder über die Filtereinrichtung abgeführt werden. Alternativ oder insbesondere bei Vorhandensein einer Verschließeinrichtung 74, die während der Zufuhr der Fluidströmung geschlossen ist, kann auch ein eigener Auslass vorhanden sein (in den Figuren nicht gezeigt), durch den die Fluidströmung aus der Passivierungsvorrichtung geleitet werden kann. Bevorzugt sollte dann dieser Auslass mit einem Filterelement versehen sein, damit durch die Fluidströmung aufgewirbelte Partikel nicht in die Umgebungsatmosphäre (den Außenbereich der Passivierungsvorrichtung) gelangen. Der Auslass kann z.B. ebenfalls in der Wandung des Sammelbereichs 71 angebracht sein oder in der Nähe des Sammelbereichs 71 auf der Seite, auf der der Filterrückstand in den Sammelbereich eintritt, oder auf der Seite, auf der der Filterrückstand aus dem Sammelbereich austritt, angebracht sein.
  • Als Resultat der Zufuhr der Fluidströmung (insbesondere des Aufbrechens der Agglomerate) wird das abgereinigte Material 110 verdichtet, d.h. bei Verlassen des Sammelbereichs 71 weist das abgereinigte Material (der Filterrückstand) eine höhere Schüttdichte auf als bei Eintritt in den Sammelbereich 71. Versuche der Erfinder ergaben, dass sich die Schüttdichte bis zu einem Faktor 3 (von 50 g/l auf 150 g/l) erhöhen ließ. Dabei wurde die Fluidströmung (Reynoldszahl ca. 15000) für 30 Sekunden zugeführt.
  • Alternativ oder zusätzlich zu einem Hochdruckventilator kann auch ein Fluidreservoir zusammen mit einer Reguliervorrichtung (beides in 2 nicht dargestellt) zur Regelung der Fluidströmung vorhanden sein. Das Fluidreservoir kann z.B. eine Druckgasflasche, an die ein Reduzierventil angeschlossen ist, sein. Auch die Verwendung einer anderen Fluidquelle ist möglich, beispielsweise eine Hausversorgung mit Argon oder Stickstoff oder ein Stickstoffgenerator.
  • Optional ist auch mindestens ein Sensor, der bevorzugt mindestens einen Druck und/oder eine chemische Zusammensetzung und/oder eine Fluidmenge und/oder eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids erfassen kann, in/an dem Fluideinlass 75 vorhanden (in 2 nicht dargestellt). Durch den mindestens einen Sensor kann beispielsweise überwacht werden, ob die Fluidströmung Eigenschaften aufweist, die für eine hinreichende Turbulenz zum Verwirbeln des abgereinigten Materials 110 sorgen.
  • 4 zeigt eine Oxidationseinrichtung 210, bei der die Oxidation in einer Förderschnecke stattfindet. In 4 gelangt der Filterrückstand mittels Schwerkraft durch den geöffneten Verschluss 73 vom Sammelbereich 71 unmittelbar in den Einzugsbereich 202 der Förderschnecke. Unter Umständen ist es sinnvoll, am Einzugsbereich 202 der Förderschnecke noch mittels einer Vibrationsvorrichtung für eine bessere Passage des Filterrückstands zu sorgen.
  • Mittels des Antriebsmotors 209 wird die Schnecke 201 in eine Rotation versetzt, durch welche Material vom Einzugsbereich 202 zu einem Abfallbehälter 800 hin transportiert wird. Die Drehzahl ist dabei bevorzugt größer oder gleich 0,5 U/min und/oder kleiner oder gleich 100 U/min, noch bevorzugter größer oder gleich 1 U/min und/oder kleiner oder gleich 5 U/min.
  • Bevorzugt macht man sich auch beim Austrag des Filterrückstands aus der Schnecke die Schwerkraft zunutze. Ein Auslass in den Abfallbehälter kann dabei auch nicht horizontal am Ende der Schnecke, wie in 4 gezeigt, sondern an der Unterseite der Schnecke angeordnet sein.
  • Über einen Oxidationsmittel-Einlass 216 kann dem Filterrückstand, der durch die Schnecke gefördert wird, ein Oxidationsmittel in fester, flüssiger oder Gasform, z.B. Sauerstoff oder ein mit Sauerstoff angereichertes Inertgas, hinzugefügt werden. Beispielsweise kann ein Gasgemisch bestehend aus Inertgas und Druckluft zugeführt werden. Der Oxidationsbereich ist dann der Bereich in der Schnecke, in dem eine Oxidation stattfindet. dieser Bereich umfasst nicht notwendigerweise die gesamte Schnecke und bevorzugt nicht den Einzugsbereich 202.
  • Zur Herbeiführung einer kontrollierten Oxidation ist die Schnecke von Heizelementen 215 umgeben, die das Filterrückstand-Gas-Gemisch aufheizen, wobei die Oxidationsgeschwindigkeit über die Temperatur und die Sauerstoffkonzentration eingestellt wird. Bei dieser Art der Oxidation sollte darauf geachtet werden, dass der Temperaturanstieg infolge der Oxidationsreaktion nicht zu groß wird, um Schäden an der Schnecke zu vermeiden. Während der Oxidationsreaktion wird das Material weiter in Richtung des Abfallbehälter 800 transportiert und dabei weiter verdichtet, beispielsweise indem die Schnecke nahe dem Abfallbehälter 800 einen größeren Kerndurchmesser und/oder eine geringere bzw. sich verringernde Gangsteigung aufweist, beispielsweise kann der Kerndurchmesser nahe dem Abfallbehälter 800 38 mm statt 25 mm betragen und/oder die Gangsteigung sich von 30 mm auf 15 mm verringern. Bevorzugt erhöht sich dabei die Schüttdichte des Materials nochmals um einen Faktor zwischen 2 und 10, typischerweise um einen Faktor zwischen 2 und 3. Weiterhin kann eine optionale Düse/Querschnittsverengung 208 am Auslass der Schnecke 201 für eine zusätzliche Verdichtung des oxidierten und verdichteten Filterrückstands 222, der in den Abfallbehälter 800 entlassen wird, sorgen. Bei einer Variante der Oxidationseinrichtung dreht sich die Schnecke nicht beständig in einer Richtung, sondern mittels des Antriebs 209 wird die Drehrichtung zeitweise geändert, um dadurch für eine mechanische Aufwirbelung des Filterrückstands in der Förderschnecke 201 zu sorgen, wodurch eine bessere Oxidationsreaktion möglich ist. Weiterhin kann über eine Änderung der Drehgeschwindigkeit auch die Dauer der Oxidationsreaktion beeinflusst werden.
  • Im Grunde ist bei der Oxidationseinrichtung 210 eine kontinuierliche Zufuhr von Material aus dem Sammelbereich 71 in die Oxidationseinrichtung 210 möglich. Die Ausgestaltung des Schneckengewindes kann dafür sorgen, dass die Menge des zugeführten Materials begrenzt wird.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Oxidationseinrichtung, die sehr ähnlich der Oxidationseinrichtung von 4 ist. Die Schnecke 239 der in 5 dargestellten Oxidationseinrichtung 230 weist dabei einen zylinderförmigen Schneckenkern 239a auf, an dem eine Schneckenwendel 239b angebracht ist, wobei beide in einem Schneckenrohr 239c untergebracht sind, das als Wandung der Reaktionskammer für die Oxidation anzusehen ist. Dabei liegt der Durchmesser des Schneckenkerns 239a typischerweise zwischen 20 und 30 mm, der Außendurchmesser (in radialer Richtung) der Schneckenwendel 239b typischerweise zwischen 20 und 70 mm, die Gangtiefe typischerweise zwischen 3 und 6 mm und der Gangsteigungswinkel typischerweise zwischen 15 und 25 Grad. Die Gangsteigung liegt typischerweise bei einem Wert zwischen 80% und 100% des Außendurchmessers der Schneckenwendel. Die Länge der Schnecke hat typischerweise einen Wert von größer oder gleich 25 cm und kleiner oder gleich 100 cm.
  • Obwohl die radialen Abmessungen der Schneckenkomponenten längs des Weges vom Einzugsbereich 202 zum Auslass 238 nahe dem Abfallbehälter 800 konstant sein können, kann die Schneckengeometrie längs des Weges auch variiert werden, um dadurch unterschiedliche Zonen zu schaffen, in denen entweder vorwiegend verdichtet wird oder vorwiegend oxidiert wird. Dies ist beispielhaft in 5 dargestellt.
  • Die in 5 dargestellte Schnecke 239 weist insbesondere zwei Verdichtungszonen V1 und V2 auf, sowie eine zwischen diesen angeordnete Oxidationszone V0, bei welcher es sich um den weiter oben erwähnten Oxidationsbereich handelt. Wie anhand von 5 ersichtlich, wird in den Verdichtungszonen V1 und V2 durch eine gegenüber der Oxidationszone verringerte Gangtiefe für eine Kompression/Verdichtung des Materials gesorgt. Wie man erkennt, wird eine Variation der Gangtiefe mittels einer Abänderung des Kerndurchmessers herbeigeführt. Alternativ oder zusätzlich zur Abänderung des Kerndurchmessers kann auch die Gangsteigung verringert werden, um eine Verdichtungszone zu schaffen. Dies ist in 9 veranschaulicht, welche lediglich einen Abschnitt des Schneckenkerns und der Schneckenwendel in Längsrichtung zeigt. In der Verdichtungszone V2' erkennt man neben einem gegenüber der Oxidationszone V0' vergrößerten Kerndurchmesser auch eine gegenüber der Oxidationszone V0' verringerte Gangsteigung der Schneckenwendel. Es sei noch bemerkt, dass ein sich ändernder Kerndurchmesser sowohl mit einer achsparallelen Steigung (= achsparalleler Konus) als auch mit einer kegelparallelen Steigung realisiert werden kann.
  • Es ist auch denkbar, dass abweichend zu 5 und 9 lediglich eine Verdichtungszone oder aber mehr als zwei Verdichtungszonen vorhanden sind und/oder der Oxidationsbereich aus mehreren Oxidationszonen besteht.
  • In 5 ist die erste Verdichtungszone V1 nahe dem Einzugsbereich 202 der Schnecke 239, bevorzugt unmittelbar angrenzend an den Einzugsbereich 202, angeordnet. Solch eine Anordnung ist vorteilhaft, da ein weiter verdichteter Filterrückstand eine Barriere für das Oxidationsmittel darstellt und ein Rückströmen des Oxidationsmittels in den Sammelbereich 71 und die Filtereinrichtung 40 verhindert oder zumindest deutlich verringert. Weiterhin ist die zweite Verdichtungszone V2 nahe dem Auslass 238 angeordnet. Dadurch wird dem Abfallbehälter 800 ein nochmals verdichteter oxidierter Filterrückstand zugeführt, welcher im Abfallbehälter 800 weniger Volumen beansprucht, wodurch die Standzeit des Abfallbehälters 800 verlängert wird.
  • Wie in 5 gezeigt, sollte der Einlass 236, über den ein Oxidationsmittel zugeführt wird, im Bereich der Oxidationszone angeordnet sein, bevorzugt an deren Anfang (bei Betrachtung in Förderrichtung). Bei einer Mehrzahl von Oxidationszonen würde bevorzugt für jede dieser Oxidationszonen ein dieser zugeordneter Einlass 236 vorgesehen werden. Dies soll jedoch nicht ausschließen, dass einer Oxidationszone das Oxidationsmittel über eine Mehrzahl von Einlässen zugeführt wird, auch dies ist möglich und insbesondere in 6 gezeigt.
  • Durch das Vorsehen einer Mehrzahl von Oxidationszonen kann in mehreren Stufen oxidiert werden. Beispielsweise wird das Material in der ersten Oxidationszone zunächst voroxidiert und nach dem Weitertransport zur zweiten Oxidationszone weiter oxidiert. Insbesondere kann auch die erste Oxidationszone in die zweite Oxidationszone übergehen, wobei dann an jeder Oxidationszone ein Einlass für ein sauerstoffhaltiges Gas bzw. eine Sauerstoff enthaltende Gasmischung angeordnet ist. Bei der solchermaßen gestuften Oxidation kann der zweiten Oxidationszone eine größere Menge an Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff) zugeführt werden, z.B. indem ein Oxidationsmitteleinlass mit größerem Durchmesser und/oder eine höhere Strömungsgeschwindigkeit des das Oxidationsmittel enthaltenden Gases vorgesehen werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Oxidationsmittelgehalt im der zweiten Oxidationszone zugeführten Medium (in der Regel Gas) höher sein als im der ersten Oxidationszone zugeführten Medium (in der Regel Gas). Ein Vorteil einer solchermaßen gestuften Oxidation ist der, dass die Anforderungen an die Gasdichtheit des Verschlusses 73, der ein Eindringen von Oxidationsmittel in den Sammelbereich verhindern soll, nicht so hoch sein müssen, wenn der Oxidationsmittelgehalt des Gases in der dem Verschluss 73 nächstgelegenen Oxidationszone erniedrigt ist.
  • Wenn der Oxidationsmittel-Einlass 236 am (in vertikaler Richtung) unteren Ende der Schnecke 239 angeordnet ist, wie in 5 gezeigt, dann sorgt solch eine Anordnung dafür, dass ein über den Einlass 236 zugeführtes Gas zu einer leichten Verwirbelung des sich (infolge der Schwerkraft) tendenziell im unteren Bereich der Schnecke ansammelnden Filterrückstands führt, was eine Oxidation des Filterrückstands begünstigt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Einlass 236 für ein das Oxidationsmittel enthaltendes Gas oberhalb der Schnecke angeordnet sein. Solch eine Anordnung hat den Vorteil, dass der oberhalb angeordnete Einlass 236 nicht so schnell durch Filterrückstand verstopfen kann, der sich infolge der Schwerkraft vor Allem im unteren Teil der Schnecke ansammelt. Damit bei einer Anordnung des Einlasses 236 oberhalb der Schnecke dennoch für eine gute Vermengung des Filterrückstands mit dem Oxidationsmittel gesorgt werden kann, sollte das Gas bevorzugt mit so hoher Geschwindigkeit zugeführt werden, dass es selbst bei einem sich im unteren Bereich der Schnecke absetzenden Filterrückstand zu einem hinreichenden Zutritt des Sauerstoffs zum Filterrückstand kommt, wenn der Gasstrom von oben einfällt. Eine hohe Geschwindigkeit kann z.B. dadurch erzeugt werden, dass der Durchmesser des Einlasses 236 hinreichend klein gewählt wird (z.B. zwischen 3 und 5 mm). Anders gesagt sollten die Einlässe 236 bevorzugt als Gasdüsen realisiert werden.
  • Wenn eine Mehrzahl von Einlässen 236 in Umfangsrichtung die Schnecke umgibt (beispielsweise drei Einlässe, die mit 120° zueinander beabstandet sind), dann kann das Oxidationsmittel gleichförmig von allen Seiten zugeführt werden und somit eine homogene Oxidation erzielt werden.
  • Beispielhaft wird über den Einlass 236 ein Gasgemisch mit einem Volumenstrom zugeführt, der größer oder gleich 0,5 l/min, bevorzugt größer oder gleich 5 l/min und/oder kleiner oder gleich 30 l/min, bevorzugt kleiner oder gleich 10 l/min ist. Der einzustellende Wert ist dabei abhängig von der Drehzahl und den Abmessungen der Förderschnecke sowie dem Sauerstoffgehalt des zugeführten Gases. Letzteres sollte bevorzugt neben Sauerstoff auch ein Inertgas enthalten, beispielsweise ist eine Mischung aus Sauerstoff und Stickstoff möglich oder eine Mischung aus einem Inertgas (z.B. Argon, Stickstoff) und Luft. Der Gesamt-Sauerstoffgehalt im Gas liegt typischerweise zwischen 5 und 10 Vol.-%, bevorzugt zwischen 8 und 10 Vol.-%. Je nach Anwendung kann der Gesamt-Sauerstoffgehalt im Verlauf des Oxidationsvorgangs auch im Bereich zwischen 0 und 21 Vol.-% liegen. Hier kann der Gesamt-Sauerstoffgehalt z.B. über das Mischungsverhältnis von Inertgas und Luft eingestellt werden. Insbesondere wird der Gesamt-Sauerstoffgehalt in Abhängigkeit von der im Oxidationsbereich ablaufenden Oxidationsreaktion gewählt, also insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur im Oxidationsbereich.
  • Insbesondere kann, wie in 6 gezeigt, der Einlass 236 die Gestalt eines Stutzens oder Rohrs haben. Dieses muss nicht, wie in der Figur gezeigt, auf der Längsachse der zylindrischen Schnecke senkrecht stehen. Vielmehr kann der Stutzen bzw. das Rohr auch mit der Längsachse der Schnecke einen spitzen Winkel einschließen.
  • Dadurch kann das zugeführte Gas eine Bewegungskomponente in Förderrichtung oder aber in Umfangsrichtung der Schnecke erhalten. Während eine Bewegungskomponente in Förderrichtung einem Rückströmen des Gases in Richtung der Filtereinrichtung entgegenwirkt, kann eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung zu einer besseren Vermischung des Gases mit den Filterrückständen führen. Alternativ kann ein Einlass auch mittels eines porösen Abschnitts der Wand des Schneckenrohrs 239c oder eines porösen Einsatzes in der Wand des Schneckenrohrs realisiert werden. Hierfür kann der Wandabschnitt oder Einsatz als mikroporöses Element ausgestaltet sein, also beispielsweise ein gasdurchlässiges Sinterteil, ein Metallvlies oder Metallgitter sein.
  • Was die Ausgestaltung der Schneckenwendel 239b (also des Schneckengewindes) anbelangt, so kann diese gleichförmig gestaltet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Geometrie der Schneckenwendel entlang der Förderrichtung zu variieren, also insbesondere Ausnehmungen in den Flanken der Schneckenwendel 239b vorzusehen oder die Form der Flanken der Schneckenwendel 239b und/oder den Flankenwinkel zu variieren. Dadurch kann für eine bessere Durchmischung des Filterrückstands gesorgt werden. Die 7 zeigt hierzu ein Beispiel, in dem Einkerbungen bzw. Ausnehmungen 190 in der Schneckenwendel 239b vorhanden sind. Gerade benachbart zum Einzugsbereich 202 bietet es sich an, Ausnehmungen 190 vorzusehen, da dadurch der Filterrückstand dort besser eingezogen wird. Was die Form der Flanken und den Flankenwinkel anbelangt, so ist es von Vorteil, eine scharfe Kante (kleine Stirnfläche) an der Außenseite der Schneckenwendel 239b (in radialer Richtung) vorzusehen, da dann Oxidationsreaktionen und die Ablagerung von Filterrückstand in diesem heiklen Bereich infolge der geringeren Kontaktfläche herabgesetzt werden.
  • Insbesondere kann ein Abschnitt der Schneckenwendel 239b auch die Gestalt eines Mischers haben, wie er auf dem Gebiet der Extruderschnecken bekannt ist. Die 8a und 8b zeigen hierzu zwei Beispiele von Mischer(elemente)n, wie sie von der Fa. Groche Technik GmbH in 32689 Kalletal angeboten werden (https://www.groche.com/produkte/dynamische-mischer). Mittels des in 8b dargestellten Wendelschermischers kann eine zerteilende Wirkung erreicht werden, wodurch noch vorhandene Agglomerate von Filterrückständen in der Schnecke aufgebrochen werden können. Der in 8a dargestellte Rautenmischer hat dann Vorteile, wenn keine Agglomerate mehr vorhanden sind und eine Oberflächenvergrößerung und Umlagerung von Partikeln erreicht werden soll. Die Abschnitte der Schnecke (in Richtung der Zylinderachse), an denen ein Abschnitt der Schneckenwendel 239b die Gestalt eines Mischers hat, werden in dieser Anmeldung als Durchmischzonen bezeichnet. Insbesondere bietet es sich an, eine Durchmischzone mit einem Rautenmischer einer Durchmischzone mit einem Wendelschermischer nachzuschalten.
  • Natürlich sind auch Mischformen der in 8a und 8b gezeigten Elemente möglich.
  • Die Schnecke 239 wird bevorzugt aus einem Material hoher Temperaturfestigkeit gefertigt, beispielsweise IN718 oder Edelstahl. Insbesondere kann die Schnecke mittels eines additiven Herstellverfahrens als Ganzes oder in mehreren Segmenten, die zusammensteckbar oder -schraubbar sind, hergestellt werden.
  • Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 ein beispielhafter Verfahrensgang bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Passivierungsverfahrens skizziert.
  • Das Verfahren wird in einer Passivierungsvorrichtung durchgeführt, in der eine Fluidströmung zur Verdichtung des von einem Filterelement abgereinigten Filterrückstands im Sammelbereich verwendet wird.
  • In einem ersten Schritt wird dem trichterförmigen Sammelbereich 71 durch den Fluideinlass 75 ein Fluid zugeführt, z.B. Argongas, sodass sich in dem Sammelbereich eine turbulente Strömung ausbildet, z.B. ein Strömungswirbel ähnlich wie in einem Fliehkraftabscheider.
  • In einem zweiten Schritt wird an einer Anzahl von Filterelementen 42 eine Abreinigung durchgeführt, indem von der Reingasseite her ein Gasdruckstoß auf diese Filterelemente gerichtet wird. Vorher wird die Verschließeinrichtung 74 zwischen Filtervorrichtung 40 und Sammelbereich 71 geöffnet, falls diese nicht bereits offen ist. Der vom Filter abgereinigte Filterrückstand kann dann schwerkraftbedingt in den Sammelbereich fallen, wo die Fluidströmung auf den fallenden und/oder abgelagerten Filterrückstand trifft, sodass Agglomerate in ihm aufgebrochen werden.
  • In einem dritten Schritt wird die Verschließeinrichtung 74 geschlossen, die Fluidströmung abgestellt und der Verschluss 73, z.B. ein Scheibenventil am unteren Ende des Sammelbereichs 71 geöffnet, sodass verdichteter Filterrückstand in die Oxidationseinrichtung 200 gelangen kann.
  • Bei einem optionalen Vorgehen wird das Scheibenventil 73 nur für eine begrenzte Zeitspanne geöffnet, sodass nur eine begrenzte Menge an Filterrückstand in die Oxidationseinrichtung 200 gelangt. Anschließend wird das Scheibenventil 73 wieder geschlossen, nochmals eine turbulente Fluidströmung für eine gewisse Zeitspanne in dem Sammelbereich 71 bereitgestellt, anschließend die Fluidströmung wieder abgestellt und das Scheibenventil 73 wieder für eine begrenzte Zeitspanne geöffnet. Dieser Ablauf kann mehrmals wiederholt werden. Der Vorteil einer wiederholten Einwirkung der Fluidströmung auf den Filterrückstand ist der, dass hierdurch eine höhere Verdichtung erzielt werden kann und als Folge auch der Filterrückstand leichter in die Oxidationseinrichtung rutschen kann.
  • In einem vierten Schritt wird dann der verdichtete Filterrückstand in der Oxidationseinrichtung kontrolliert oxidiert.
  • 10 zeigt eine gegenüber der in 2 gezeigten Passivierungsvorrichtung abgewandelte Passivierungsvorrichtung. Wie man in 10 erkennt, ist in der abgewandelten Passivierungsvorrichtung der Sammelbereich in einen ersten Teil-Sammelbereich 71a und einen zweiten Teil-Sammelbereich 71b unterteilt, wobei der zweite Teil-Sammelbereich 71 b unterhalb des Verschlusses 73 angeordnet ist, mit dem die Filtervorrichtung 40 gasdicht von der Oxidationseinrichtung 200 abgetrennt werden kann. Insbesondere kann der zweite Teil-Sammelbereich 71 b als Einzugsbereich der Oxidationseinrichtung 200, insbesondere einer Förderschnecke, angesehen werden. Sofern man den zweiten Teil-Sammelbereich 71b als Bestandteil der Oxidationseinrichtung 200 ansieht, gehört dieser Bestandteil auf alle Fälle nicht dem Oxidationsbereich 290 in der Oxidationseinrichtung 200 an, in dem die Oxidation stattfindet.
  • Der erste Teil-Sammelbereich 71a und der zweite Teil-Sammelbereich 71 b sind in der Figur trichterförmig dargestellt. Wie es auch beim Sammelbereich 71 der Ausführungsform der Passivierungsvorrichtung in 2 der Fall war, kann für den ersten Teil-Sammelbereich 71a und den zweiten Teil-Sammelbereich 71b Zylinder- oder Kegelgestalt (Trichtergestalt) gewählt werden. Hierbei wird die allgemeine mathematische Definition eines Zylinders und eines Kegels zugrunde gelegt, wobei es sich bevorzugt um einen geraden Zylinder und einen geraden Kegel und/oder einen Zylinder oder Kegel bzw. Kegelstumpf mit kreisförmiger oder ovaler Grundfläche handelt. Bei der abgewandelten Passivierungsvorrichtung ist insbesondere ein Fluideinlass 76 in der Wandung des zweiten Teil-Sammelbereichs 71b vorgesehen, durch den ein Gasstrom, insbesondere ein Inertgas, wie z.B. Argon mit einem sehr niedrigen Gehalt an Oxidationsmittel (Sauerstoff)-Verunreinigungen, dem zweiten Teil-Sammelbereich 71b zugeführt wird, um den Filterrückstand darin zu verdichten.
  • Alle weiter oben beschriebenen weiteren Details gelten in gleicher Weise für die abgewandelte Passivierungsvorrichtung. Der einzige Unterschied zur weiter oben mit Bezug auf die 2 bis 9 beschriebenen Passivierungsvorrichtung besteht darin, dass ein zweiter Teil-Sammelbereich 71b auf der der Oxidationseinrichtung 200 zugewandten Seite des Verschlusses 73 vorhanden ist und ein Fluideinlass 76 in der Wandung des zweiten Teil-Sammelbereichs 71 b vorgesehen ist, wobei alle obigen Aussagen auch auf den zweiten Teil-Sammelbereich 71b und den Fluideinlass 76 in der Wandung desselben anwendbar sind. Insbesondere kann eine Verdichtung auch nur in dem zweiten Teil-Sammelbereich 71b stattfinden und das insbesondere auch durch einen Stempel, der das Material gegen die Wandung des zweiten Teil-Sammelbereichs 71b drückt und alternativ oder zusätzlich zur durch den Fluideinlass 76 zugeführten Fluidströmung zum Einsatz kommt. Natürlich ist es aber auch möglich, eine Verdichtung sowohl im ersten Teil-Sammelbereich 71a als auch im zweiten Teil-Sammelbereich 71b durchzuführen, wie es entsprechend auch in 10 gezeigt ist, in der ein Fluideinlass 75 in der Wandung des ersten Sammelbereichs 71a gezeigt ist.
  • Abgesehen davon kann man natürlich auch mehrere Fluideinlässe in den ersten Teil-Sammelbereich 71a und/oder den zweiten Teil-Sammelbereich 71b vorsehen.
  • Was die Art und Weise anbelangt, in der die Verdichtung des Filterrückstands im ersten Teil-Sammelbereich 71a und im zweiten Teil-Sammelbereich 71b bewirkt wird, so kann dies im ersten Teil-Sammelbereich 71a und im zweiten Teil-Sammelbereich 71b auf unterschiedliche Weise geschehen, z.B. in dem einen Teil-Sammelbereich mittels eines Stempels und dem anderen Teil-Sammelbereich mittels der Zuführung einer Fluidströmung. Wie bereits erwähnt kann die Verdichtung auch in beiden Teil-Sammelbereichen auf dieselbe Weise bewirkt werden, bei Zuführung einer Fluidströmung bevorzugt durch Zuführung des gleichen Fluids bzw. eines Fluids gleicher, insbesondere identischer, Zusammensetzung. Insbesondere kann auch die zugeführte Fluidströmung im ersten Teil-Sammelbereich 71a die gleichen Parameter wie im zweiten Teil-Sammelbereich 71b aufweisen.
  • Allgemein kann im unterteilten oder nicht unterteilten Sammelbereich der Filterrückstand auf mehrfache Weise verdichtet werden, z.B. unter Zuhilfenahme eines ausfahrbaren Stempels, der den Filterrückstand gegen die Wandung drückt und unter Zuhilfenahme einer zugeführten Fluidströmung. Allgemein kann bei Vorhandensein einer Mehrzahl von Fluideinlässen bevorzugt das gleiche Fluid bzw. ein Fluid gleicher, insbesondere identischer, Zusammensetzung zugeführt werden.
  • Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen lediglich um Ausführungsbeispiele handelt, welche vom Fachmann in verschiedenster Weise modifiziert werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel könnte eine Verfestigung anstatt mit Laserlicht auch mit anderen Energiestrahlen (z.B. Teilchenstrahlen) erfolgen. Weiterhin schließt die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht aus, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren zusammenwirkenden Teil-Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können. Der Ausdruck „eine Anzahl“ ist als „mindestens ein(e)“ zu verstehen. Schließlich bezieht sich die Erfindung insbesondere auch auf Oxidationseinrichtungen, in denen die Oxidation nicht in einer Förderschnecke erfolgt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2978589 B1 [0002]
    • DE 102014207160 A1 [0006]

Claims (22)

  1. Verfahren zum Passivieren eines in einer Filtervorrichtung (40) auftretenden Filterrückstands mit den Schritten: - Zuführen eines von einem Filterelement (42) in der Filtervorrichtung (40) abgereinigten Filterrückstands zu einem Sammelbereich (71, 71 a, 71 b), - Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich (71, 71 a, 71 b), - Zuführen des verdichteten Filterrückstands zu einem Oxidationsbereich (290) in einer Oxidationseinrichtung (200, 210, 230 und - Oxidieren des verdichteten Filterrückstands in der Oxidationseinrichtung (200, 210, 230).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Filterrückstand von einer Filtervorrichtung (40) zum Filtern eines Prozessgases einer Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte aus einem metallhaltigen Aufbaumaterial abgereinigt wurde.
  3. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich (71, 71a, 71b) ohne Zufuhr von Oxidationsmitteln erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zur Verdichtung des Filterrückstands dieser mit einer Fluidströmung beaufschlagt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem das Fluid als Hauptbestandteil ein Inertgas, bevorzugt Argon, aufweist.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem der Filterrückstand dadurch mit einer Fluidströmung beaufschlagt wird, dass dem Sammelbereich das Fluid über mindestens einen Fluideinlass (75, 76) zugeführt wird, wobei bevorzugt die Fluidströmung turbulent ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Fluid dem Sammelbereich (71, 71a, 71b) durch einen Fluideinlass (75, 76) zugeführt wird, der einen Innendurchmesser aufweist, welcher größer oder gleich 3 mm und/oder kleiner oder gleich 30 mmm ist, bevorzugt größer oder gleich 8 mm und/oder kleiner oder gleich 15 mm ist, wobei der zugeführte Volumenstrom größer oder gleich 10 l/min und/oder kleiner oder gleich 200 l/min ist, bevorzugt größer oder gleich 80 l/min und/oder kleiner oder gleich 120 l/min ist, und das Fluid mit einer mittleren Geschwindigkeit, die größer oder gleich 3 m/s und/oder kleiner oder gleich 200 m/s ist, bevorzugt größer oder gleich 15 m/s und/oder kleiner oder gleich 45 m/s ist, zugeführt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei dem die Fluidströmung diskontinuierlich ist.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei dem der Sammelbereich (71, 71a, 71b) eine gekrümmte Wand aufweist und die Fluidströmung in einer Richtung zugeführt wird, die eine Richtungskomponente tangential zur gekrümmten Wand des Sammelbereichs (71, 71a, 71b) aufweist.
  10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem zur Zuführung des verdichteten Filterrückstands zu der Oxidationseinrichtung (200, 210, 230) eine Schwerkraftförderung verwendet wird.
  11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Filterrückstand solange verdichtet wird, bis sich ein Schüttdichtewert des Filterrückstands um mindestens 50% erhöht hat, bevorzugt um mindestens 80%, besonders bevorzugt um mindestens 100%.
  12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem während der Oxidation in der Oxidationseinrichtung (200, 210, 230) zumindest ein Teil des Sammelbereichs gasdicht gegenüber der Oxidationseinrichtung (200, 210, 230) abgeschottet ist.
  13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in der Oxidationseinrichtung (200, 210, 230) eine mehrstufige Oxidation des Filterrückstands durchgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die mehrstufige Oxidation dadurch realisiert wird, dass eine Oxidationseinrichtung (200, 210, 230) verwendet wird, die einen Oxidationsbereich aufweist, der in eine Mehrzahl von Oxidationszonen unterteilt ist, wobei das Filterrückstandsmaterial zeitlich nacheinander in der Mehrzahl von Oxidationszonen oxidiert wird durch Zuführen eines ein Oxidationsmittel enthaltenden Gases, wobei bevorzugt die Konzentration des Oxidationsmittels in dem Gas, das der Oxidationszone zugeführt wird, in der das Material als Erstes oxidiert wird, geringer ist als die Konzentration des Oxidationsmittels in dem Gas das einer der Oxidationszonen zugeführt wird, in denen nachfolgend oxidiert wird.
  15. Passivierungsvorrichtung (100) zur Passivierung eines in einer Filtervorrichtung (40) auftretenden Filterrückstands mit: - einem Sammelbereich (71, 71a, 71b), der ausgebildet ist, einen von einem Filterelement (42) in der Filtervorrichtung (40) abgereinigten Filterrückstand entgegenzunehmen, - einer erste Verdichtungseinrichtung zum Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich (71, 71a, 71b) und - einer Oxidationseinrichtung (200, 210, 230), die ausgebildet ist, den von der Verdichtungseinrichtung verdichteten Filterrückstand in einem in der Oxidationseinrichtung (200, 210, 230) vorhandenen Oxidationsbereich (290) zu oxidieren.
  16. Passivierungsvorrichtung nach Anspruch 15 mit einem Verschluss (73), durch den die Oxidationseinrichtung (200, 210, 230) zumindest gegenüber einem Teil des Sammelbereichs gasdicht abtrennbar ist und die Oxidationseinrichtung mindestens einen steuerbaren Einlass (75, 76) zur Zuführung eines Oxidationsmittels zum Oxidationsbereich aufweist.
  17. Passivierungsvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, bei der die Oxidationseinrichtung (200, 210, 230) eine zweite Verdichtungseinrichtung aufweist, die geeignet ist, den Filterrückstand nachzuverdichten, bevorzugt während eine Oxidation in der Oxidationseinrichtung stattfindet.
  18. Passivierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, bei der der Oxidationsbereich eine Mehrzahl von Oxidationszonen aufweist, wobei bevorzugt jede einen Einlass zur Zufuhr eines Oxidationsmittels aufweist.
  19. Passivierungsvorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, bei der es sich bei der zweiten Verdichtungseinrichtung um eine Förderschnecke (201, 239) handelt.
  20. Passivierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, bei der der Sammelbereich (71, 71a, 71b), insbesondere während der Verdichtung des Filterrückstands im Sammelbereich, gasdicht abschottbar ist.
  21. Passivierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, bei der der Sammelbereich (71, 71a, 71b) eine gekrümmte Wand aufweist, wobei mindestens ein Fluideinlass (75, 76) so in der gekrümmten Wand angebracht ist, dass durch ihn ein Fluid in einer Richtung in den Sammelbereich (71, 71a, 71b) eintreten kann, die eine Richtungskomponente tangential zur gekrümmten Wand aufweist.
  22. Passivierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, bei der der Sammelbereich (71, 71a) in der Filtervorrichtung (40) angeordnet ist.
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