EP4615608A1 - Verfahren und vorrichtung zur passivierung von in einer filtervorrichtung auftretenden filterrückständen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur passivierung von in einer filtervorrichtung auftretenden filterrückständen

Info

Publication number
EP4615608A1
EP4615608A1 EP23800354.5A EP23800354A EP4615608A1 EP 4615608 A1 EP4615608 A1 EP 4615608A1 EP 23800354 A EP23800354 A EP 23800354A EP 4615608 A1 EP4615608 A1 EP 4615608A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
oxidation
filter residue
filter
collection area
gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23800354.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ulrich Kleinhans
Philip STRÖBEL
Jörn REHSÖFT
Tobias EBERHORN
Johannes RUMPEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
EOS GmbH
Original Assignee
EOS GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by EOS GmbH filed Critical EOS GmbH
Publication of EP4615608A1 publication Critical patent/EP4615608A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/70—Recycling
    • B22F10/77—Recycling of gas
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/14—Treatment of metallic powder
    • B22F1/145—Chemical treatment, e.g. passivation or decarburisation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F12/00—Apparatus or devices specially adapted for additive manufacturing; Auxiliary means for additive manufacturing; Combinations of additive manufacturing apparatus or devices with other processing apparatus or devices
    • B22F12/70—Gas flow means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y40/00—Auxiliary operations or equipment, e.g. for material handling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/0084—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours provided with safety means
    • B01D46/0091—Including arrangements for environmental or personal protection
    • B01D46/0093—Including arrangements for environmental or personal protection against fire or explosion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/02—Particle separators, e.g. dust precipitators, having hollow filters made of flexible material
    • B01D46/023—Pockets filters, i.e. multiple bag filters mounted on a common frame
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D46/00—Filters or filtering processes specially modified for separating dispersed particles from gases or vapours
    • B01D46/66—Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter
    • B01D46/70—Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter by acting counter-currently on the filtering surface, e.g. by flushing on the non-cake side of the filter
    • B01D46/71—Regeneration of the filtering material or filter elements inside the filter by acting counter-currently on the filtering surface, e.g. by flushing on the non-cake side of the filter with pressurised gas, e.g. pulsed air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y30/00—Apparatus for additive manufacturing; Details thereof or accessories therefor

Definitions

  • the present invention relates to a method for passivating a filter residue occurring in a filter device and a corresponding passivation device.
  • Devices and methods for the additive production of three-dimensional objects are used, for example, in processes known as “rapid prototyping", “rapid tooling” and “additive manufacturing”.
  • An example of such a process is known as “selective laser sintering” or “selective laser melting”.
  • a layer of a generally powdery building material is repeatedly applied and the building material in each layer is selectively solidified by selectively irradiating the locations in this layer corresponding to the cross-section of the object to be produced with a laser beam, for example by partially or completely melting the building material at these locations using the energy provided by the laser beam and the melt then solidifying when it cools. Further details are described, for example, in EP 2 978 589 B1.
  • a process gas atmosphere is often maintained in a process chamber in which the build material is selectively treated using radiation.
  • the process gas atmosphere is usually an inert gas atmosphere (also known as a "protective gas atmosphere"), since some build materials, especially if they contain metal, tend to oxidize at the high temperatures that occur, which would prevent the formation of objects or at least prevent the formation of objects with the desired material structure. For example, titanium could start to burn uncontrollably in the presence of oxygen.
  • part of the build-up material is often vaporized as a result of the irradiation, which leads to the formation of condensates after the vapors that have formed have solidified again. Part of the build-up material is also often whirled up.
  • spatter can occur as a result of the irradiation.
  • These are usually solidified drops of the melt of the build-up material with a diameter of between 20 and 300 pm, for example. Spatter is thrown out of the resulting melt or melt pool, for example when the laser beam penetrates.
  • a laser beam scanning the build material can be absorbed, scattered or deflected by contamination contained in the process gas atmosphere.
  • contamination can also settle on a coupling window for the laser beam or be deposited on the surface of a build material layer.
  • the process gas In order to meet high quality and efficiency requirements for the manufacturing process, the process gas must be freed from these undesirable additives, usually condensate particles with a size of less than 50 nm or powdered build material with particle sizes between 1 and 50 pm.
  • the process gas e.g. argon
  • a filter device with a suitable filter element is arranged in the process gas circuit. Since the filter elements used become increasingly dirty during operation, they must be replaced at certain intervals or, as suggested in DE 10 2014207 160 A1, cleaned from time to time using a gas pressure pulse. Particularly when using metal-containing or metallic construction materials (e.g. titanium or titanium alloys), the cleaned filter residues tend to react with oxidative materials, whereby the reaction rate is increased at high temperatures. This can lead to fires or dust explosions, which complicates the handling and disposal of the cleaned filter residues.
  • metal-containing or metallic construction materials e.g. titanium or titanium alloys
  • the object of the present invention is therefore to provide a method and a device which enable safe handling and disposal of the cleaned filter residues.
  • the object is achieved by a method for passivating a filter residue occurring in a filter device according to claim 1 and a passivation device according to claim 15. Further developments of the invention are specified in the subclaims. The method can also be further developed by the features of the devices below or in the subclaims or vice versa, or the features of the devices can also be used for further development.
  • a method according to the invention for passivating a filter residue occurring in a filter device comprises the steps:
  • the filter device is a filter device for filtering a process gas.
  • Filtering a process gas means that the process gas is cleaned of impurities that are not gaseous by at least partially separating these impurities.
  • Process gas is Filtering is generally referred to as “raw gas”, while process gas after filtering is generally referred to as "clean gas”.
  • generative devices that do not work layer by layer, in which a high process temperature is used to melt building material with a high melting point, for example laser cladding devices.
  • a device with a laser instead of a device with a laser, a device can also be used in which an electron beam is used to introduce the energy required to melt the building material.
  • the filter device preferably contains at least one filter chamber through which the process gas flow is passed.
  • the side of the filter chamber at which the process gas flow enters the filter chamber is also referred to below as the raw gas side.
  • the side of the filter chamber at which the process gas flow leaves the filter chamber again after passing through a filter element is also referred to below as the clean gas side.
  • each filter chamber there is at least one filter element between the raw gas side and the clean gas side, which means that there can also be two or more filter elements in a filter chamber, on which maintenance can be carried out after the filter chamber has been separated from the process gas circuit.
  • filter residues adhering to the filter element hereinafter generally referred to as "filter residue" can be removed from the filter element.
  • This cleaning can be carried out, for example, by means of a gas pressure pulse that is passed through the at least one filter element in the direction opposite to the flow direction for filtering the process gas.
  • the invention is not limited to cleaning processes using a gas pressure pulse. Rather, cleaning could also be carried out using other cleaning methods, for example by blowing off, sweeping off, scraping off, shaking off, etc. A combination of several cleaning techniques is also possible.
  • Filter residues in a filter element of the filter device can be condensate particles from build-up material that has evaporated and recondensed during the process, powder particles of the build-up material or inerting substances in the filter device.
  • the latter are, for example, rock powder in the size range of 1 to 20 pm, which are intended to spatially separate the dangerous condensate particles from one another and serve as thermal ballast.
  • Powdered build-up material typically has particle sizes (d50) between 25 and 35 pm, typically 30 pm.
  • Condensate particles usually result from laser welding fumes, which consist of agglomerated nanoparticles, with the primary particles being in the order of 5-50 nm.
  • the condensate particles remaining in the filter element as filter residues often form agglomerates several millimeters in size.
  • the cleaned filter residue is collected in a collection area.
  • the collection area is preferably an area below the filter element into which the cleaned filter residue can fall or slide due to gravity.
  • the The collection area must be a separate container outside the filter device.
  • the collection area is separated from the filter device by a closing device.
  • the closing device can be used to limit or even prevent the passage of cleaned material (filter residues) from the filter device to the collection area in order to limit the amount of material to be oxidized.
  • the closing device can also be used to separate the collection area from the filter device in a fluid-tight or gas-tight manner.
  • Compacting the filter residue in the collection area is preferably understood here as a mechanical treatment of a cleaned filter residue in the collection area, during which agglomerates are broken up, which leads to a reduction in the bulk density of the filter residue.
  • the compaction can take place on filter residue resting in the collection area or on filter residue that moves through the collection area after cleaning, in particular falls or slides due to gravity.
  • the compaction according to the invention does not include breaking up agglomerates caused by hitting obstacles when the filter residue moves downwards due to gravity. Rather, the compaction according to the invention involves mechanically acting on the filter residue without using gravity, for example directing a fluid flow onto the filter residue or pressing the filter residue against an obstacle, for example a wall, using a stamp, etc.
  • Passivation of the compressed filter residue is carried out by means of oxidation in an oxidation device.
  • the oxidation device has an oxidation area in which passivation, in particular controlled oxidation, of the filter residue is possible, preferably in a closed-off manner from the environment.
  • the oxidizing agent is supplied in a controlled or controlled manner. This means that the amount of oxidizing agent supplied is limited and/or monitored in order to prevent uncontrolled flow of the To prevent oxidation reactions, it is also possible to initiate or intensify or accelerate a reaction between the filter residue and the oxidizing agent by supplying energy.
  • the oxidizing agent can be supplied in gaseous form in the form of an oxygen-containing gas, i.e. a gas mixture containing air, pure oxygen or compressed air. In particular, it can also be mixed with inert gas (eg nitrogen or argon) (eg nitrogen-air mixture or argon-air mixture).
  • the filter residue is (pre-)compacted before it is passivated by means of oxidation.
  • agglomerates of the filter residue can be broken up by the (pre-compaction).
  • the flowability of the filter residue e.g.
  • the (pre-)compression can also lead to a faster and more complete controlled oxidation of the filter residue in the oxidation device.
  • the inventors explain this by saying that the access of the oxidizing agent to the surfaces of the particles of the filter residue is made easier as a result of the breaking up of the agglomerates (e.g. platelets/flakes up to 20 mm in size and 0.1 -1 mm thick).
  • the method according to the invention for passivating a filter residue occurring in a filter device is carried out by means of a passivation device according to the invention for passivating a filter residue occurring in a filter device.
  • a filter aid in particular a powdered filter aid, can be applied to the at least one filter element in the filter device.
  • filter residues can be rendered inert.
  • Glass powder as a filter aid can, for example, melt and the enthalpy of fusion can then extract heat from the filter residue.
  • Lime as a filter aid can, for example, decompose endothermically at around 800°C, which can also extract heat from the filter residue.
  • the filter aid reaches the collection area together with the filter residue.
  • compaction according to the invention in the collection area can ensure that caking between the filter residue and the filter aid is broken up, so that unhindered access of the oxidizing agent to the filter residue is then possible in the oxidation device.
  • a filter residue cleaned by a filter device for filtering a process gas of a device for the additive production of three-dimensional objects from a metal-containing construction material is passivated.
  • the oxidizing agent concentration in the collection area is kept at a low level in order to carry out the compaction before the oxidation reaction begins.
  • no oxidizing agent is to be expected from the filter device, since the process gas usually has a very low oxidizing agent content in order to avoid unintentional oxidation of the build-up material in the additive manufacturing device, which has a detrimental effect on the manufacturing process.
  • the failure to supply oxidizing agents prevents insufficient oxidation, which is due to the oxidizing agent not having sufficient access to the agglomerated material, which still has to be broken down. Insufficient oxidation can severely impair sufficient passivation in a subsequent actual oxidation step.
  • the filter residue can be subjected to a fluid flow in order to compress it.
  • filter residue that moves through the collection area e.g. falls due to gravity
  • compacted filter residue collects in the lower section of the collection area, which can then be fed from there to the oxidation area of the oxidation device.
  • filter residue that has already settled in the lower section of the collection area can be stirred up again by the fluid flow.
  • an inert gas is considered here to be a gas that has no oxidizing effect on the filter residue, for example argon or nitrogen, although mixtures of different elements/molecules are also possible.
  • the oxidizing agent content of the gas used (in vol. %) should be less than or equal to the oxidizing agent content of the process gas filtered in the filter device.
  • the oxidizing agent content of the gas used is below 1.3 vol. %, particularly preferably below 1.0 vol. %.
  • an oxidizing agent content below 0.1 vol. % can also be used.
  • the filter residue is subjected to a fluid flow by supplying the fluid to the collection region via at least one fluid inlet, wherein the fluid flow is preferably turbulent.
  • the fluid is supplied to the collection area (71, 71a, 71b) through a fluid inlet (75, 76) having an inner diameter which is greater or equal to 3 mm and/or less than or equal to 30 mmm, preferably greater than or equal to 8 mm and/or less than or equal to 15 mm, wherein the supplied volume flow is greater than or equal to 10 l/min and/or less than or equal to 200 l/min, preferably greater than or equal to 80 l/min and/or less than or equal to 120 l/min, and the fluid is supplied at an average speed which is greater than or equal to 3 m/s and/or less than or equal to 200 m/s, preferably greater than or equal to 15 m/s and/or less than or equal to 45 m/s.
  • the fluid flow may be discontinuous.
  • a discontinuous fluid flow can be generated, for example, by supplying the fluid to the collection area in a pulsed manner, e.g. in the form of pressure surges. Such a discontinuous fluid flow can lead to particularly strong vibrations of the agglomerates.
  • the collection region may have a curved wall and the fluid flow may be supplied in a direction having a directional component tangential to the curved wall of the collection region.
  • a collection area with a cylinder or cone shape can be selected, for example.
  • the general mathematical definition of a cylinder and a cone is used as a basis, whereby it is preferably a straight cylinder and a straight cone and/or a cylinder or cone or truncated cone with a circular or oval base. If in the case of a straight cylinder or a straight cone (truncated cone) the fluid flow has a directional component tangential to the curved wall, then the filter residue is pressed against the wall by the fluid due to the curvature of the wall. In the case of a straight cylinder or cone, this would be a directional component parallel to the base area. The resulting shear forces lead to a crushing of agglomerates.
  • the filter residue is pushed back in the direction of the filter device, towards the filter element, by the fluid flow. If necessary, an optionally available closing device between the collection area and the filter device can then be opened. In this case, the filter residue can be fed back to the collection area by a further cleaning process in order to be compressed there again. The pushing back to the filter element and subsequent cleaning can also be carried out more than once. With such a procedure, a particularly high compression before oxidation can be ensured.
  • the shape of a prism or an inverted pyramid (to create a funnel) is chosen for the collection area.
  • the general mathematical definition of a prism and a pyramid is used as a basis.
  • the fluid flow can also be directed in such a way that filter residue is pressed against a wall of the collection area. In the case of a preferably straight prism or a preferably straight pyramid, this would in particular be a direction parallel to the base.
  • gravity conveying can be used to feed the compacted filter residue to the oxidation device.
  • Gravity conveying can be implemented, for example, in such a way that the intake area of the oxidation device is arranged below the collection area, in particular below the closing device, or if necessary forms the lower part of the collection area, so that the compacted filter residue can fall or slide into the intake area of the oxidation device as a result of gravity, if necessary after opening the closing device.
  • the filter residue is compacted until a bulk density value of the filter residue has increased by at least 50%, preferably by at least 80%, particularly preferably by at least 100%.
  • the bulk density is determined according to the specifications in DIN EN 1097-3.
  • At least part of the collection area is sealed off in a gas-tight manner from the oxidation device.
  • the gas-tight seal can be achieved by means of a closure at the lower end of the collection area.
  • the closure could also be arranged in the collection area, which would then divide it into two partial collection areas.
  • the partial collection area adjacent to the oxidation device could also include the intake area of the oxidation device, in particular be identical to it.
  • a disk valve for example, is suitable as a closure.
  • the gas-tight seal prevents oxidizing agent from the oxidation device from reaching the partial collection area adjacent to the filter device or the entire collection area.
  • the gas-tight seal also enables the filter residue in the partial collection area adjacent to the filter device or the entire collection area to be compressed for a controlled period of time before it is oxidized.
  • a multi-stage oxidation of the filter residue can be carried out in the oxidation device.
  • a multi-stage oxidation offers the advantage that the filter residue is oxidized gently, i.e. by limiting the energy released during oxidation, and comprehensively, as a result of the multi-stage process.
  • the multi-stage oxidation can be realized by using an oxidation device which has an oxidation region which is divided into a plurality of oxidation zones, wherein the filter residue material is oxidized successively in the plurality of oxidation zones by supplying a gas containing an oxidizing agent, wherein preferably the concentration of the oxidizing agent in the gas which is supplied to the oxidation zone in which the material is first oxidized is lower than the concentration of the oxidizing agent in the gas which is supplied to one of the oxidation zones in which oxidation is subsequently carried out.
  • an oxidation device designed in this way which can in particular be a conveyor screw, facilitates the implementation of a multi-stage oxidation. If the concentration of the oxidizing agent in the oxidation zone closest to the collection area, in which oxidation takes place first, is kept lower than in the other oxidation zones, then this makes it easier to keep the oxidizing agent away from the filter device and a partial collection area adjacent to it or the entire collection area.
  • a passivation device (100) for passivating a filter residue occurring in a filter device (40) comprises:
  • a collection area designed to receive a filter residue cleaned from a filter element in the filter device
  • a first compression device for compressing the filter residue in the collection area
  • an oxidation device which is designed to oxidize the filter residue compressed by the compression device in an oxidation region present in the oxidation device.
  • the collection area is preferably an area arranged below the filter element during operation of the passivation device, in particular a pipe or a funnel into which the cleaned filter residue can fall or slide due to gravity.
  • the collection area can also be a separate container outside the filter device.
  • the collection area is separated from the filter device by a closing device.
  • the closing device can be used to limit or even prevent the passage of cleaned material (filter residues) from the filter device to the collection area in order to limit the amount of material to be oxidized.
  • the closing device can also be used to separate the collection area from the filter device in a fluid-tight or gas-tight manner.
  • the first compaction device is a device that treats the cleaned filter residue mechanically, in particular in such a way that agglomerates in the Filter residue is broken up, which leads to a reduction in the bulk density of the filter residue.
  • the first compaction device is designed so that the mechanical treatment takes place in the collection area. The treatment can take place on filter residue resting in the collection area or on filter residue that moves through the collection area after cleaning, in particular falls or slides due to gravity.
  • the first compaction device can, for example, be a device that directs a fluid flow onto the filter residue, or a device that presses the filter residue against an obstacle, for example a wall, e.g. by means of a stamp, etc.
  • a device that directs a fluid flow onto the filter residue consists, for example, of at least one fluid inlet in the wall of the collection area, to which the fluid flow generated by a fluid flow generation device is fed.
  • the fluid flow generation device is, for example, a high-pressure fan or a fluid reservoir together with a regulating device.
  • the fluid reservoir can, for example, be a compressed gas cylinder to which a reducing valve is connected.
  • Another fluid source is also possible, for example a house supply of argon or nitrogen or a nitrogen generator.
  • the oxidation device is designed to oxidize the filter residue compressed in the collection area.
  • the oxidation device preferably has an oxidation area in which a controlled oxidation of the filter residue is possible and to which an oxidizing agent can be supplied.
  • the oxidation device also has an energy supply unit with which a reaction between the filter residue and the oxidizing agent can be started (initiated), intensified or accelerated by means of an energy supply.
  • the oxidation device preferably has at least one oxidizing agent inlet through which the oxidizing agent can be supplied in gaseous form in the form of an oxygen-containing gas, e.g. air, pure oxygen, in particular a mixture of air or compressed air or oxygen with inert gas (e.g.
  • the passivation device can have a closure through which the oxidation device can be separated in a gas-tight manner from at least part of the collection region.
  • the oxidation device can have at least one controllable inlet for supplying an oxidizing agent to the oxidation region.
  • An oxidation device in the form of an oxidation container allows an oxidation reaction to take place while being sealed off from the environment. This makes it possible to prevent uncontrolled access of oxidizing agent from the environment, possibly from parts of the collection area or the entire collection area.
  • the oxidation device can have a control device for controlling the amount of oxidizing agent supplied.
  • the control limits and/or monitors the amount of oxidizing agent supplied in order to prevent an uncontrolled course of the oxidation reaction.
  • the control is preferably designed to control and/or monitor the amount of oxidizing agent supplied at an oxidizing agent inlet. if necessary, also to be regulated by the control system accessing at least one sensor which detects the amount of oxidizing agent in the oxidation container and/or at the oxidizing agent inlet.
  • the oxidation device can have a second compression device which is suitable for further compressing the filter residue, preferably while oxidation takes place in the oxidation device.
  • the second compaction or subsequent compaction can lead to a noticeable reduction in the amount of passivated filter residue that has to be disposed of and possibly processed in a waste container. This leads to a shorter production time and lower costs, as the waste container has to be replaced less often.
  • the oxidation region may comprise a plurality of oxidation zones, each preferably having an inlet for supplying an oxidizing agent.
  • a plurality of oxidation zones can be advantageous in two respects. Firstly, the filter residue can be oxidized one after the other in the plurality of oxidation zones, which in particular makes it possible to work with a different oxidizing agent content or a different oxidizing agent quantity in the different oxidation zones. Secondly, by creating several oxidation zones, the filter residue quantity can be oxidized simultaneously in several places, whereby the oxidizing agent can then also be supplied over a smaller area, which makes it easier for the oxidizing agent to reach the filter residue. As a result, the oxidation process can take place more effectively.
  • the second compaction device may be a conveyor screw.
  • a conveyor screw can have a screw cylinder in which the screw core is located.
  • the oxidation can take place within the screw cylinder, so that a compacting oxidation device is present in the form of the conveyor screw.
  • an oxidizing agent in solid, liquid or gaseous form e.g. oxygen or an inert gas enriched with oxygen, can be fed to the filter residue that is conveyed by the screw in an area within the screw cylinder via an oxidizing agent inlet.
  • the conveyor screw can be operated at a speed that is preferably greater than or equal to 0.5 rpm and/or less than or equal to 100 rpm, even more preferably greater than or equal to 1 rpm and/or less than or equal to 5 rpm.
  • the screw is preferably surrounded by heating elements that heat up the filter residue-gas mixture, with the oxidation rate being adjusted via the temperature and the oxygen concentration.
  • the result is a filter residue as a waste product that is more passivated and more compacted.
  • the greater compaction means that the waste is in a more compressed form, so that the time intervals at which a collection container for the waste has to be emptied (the service life of the collection container) can be longer or a smaller collection container can be provided.
  • the collection area can be sealed off in a gas-tight manner, in particular during the compaction of the filter residue in the collection area.
  • gas containing oxidizing agent enters the collection area during the compression process taking place in the collection area, neither from the oxidation area of the oxidation device nor from other locations, for example from the side of the filter device.
  • the collection region may have a curved wall, wherein at least one fluid inlet is arranged in the curved wall such that a fluid can enter the collection region through it in a direction having a directional component tangential to the curved wall.
  • a collection area with a cylindrical or conical shape can be selected, for example.
  • This is based on the general mathematical definition of a cylinder and a cone, whereby this is preferably a straight cylinder and a straight cone and/or a cylinder or cone or truncated cone with a circular or oval base. If in such a case the fluid flow has a directional component tangential to the curved wall, then the filter residue is pressed against the wall by the fluid due to the curvature of the wall. In the case of a straight cylinder or (truncated) cone, this would be a directional component parallel to the base. The resulting shear forces lead to a crushing of agglomerates.
  • the supplied fluid flow has a directional component towards the lower section of the collection area (towards the oxidizer), a cyclone effect is created.
  • the resulting centrifugal forces support the mechanical interaction of the filter residue with the wall, thereby increasing the compacting effect.
  • the filter residue is pushed back in the direction of the filter device, towards the filter element, by the fluid flow. In this case, the filter residue can then be fed back into the collection area by a further cleaning process in order to be compressed there again. With such a procedure, a particularly high compression can be ensured before oxidation.
  • the collection area has the shape of a prism or an upside-down pyramid (to create a funnel). This is based on the general mathematical definition of a prism and a pyramid.
  • the fluid inlet can also be arranged in such a way that the fluid flow presses filter residue against a wall of the collection area. In the case of a preferably straight prism or a preferably straight pyramid, the fluid would then flow in parallel to the base area.
  • the direction of the fluid flow can be determined by the orientation of the fluid inlet, e.g. a pipe socket.
  • the collection area can be arranged in the filter device.
  • the collection area can be formed by the lowest section of a housing of the filter device.
  • cleaned filter residue can then collect in the collection area formed in this way due to gravity. This leads to a more compact overall structure in which the filter device and passivation device share the collection area.
  • Fig. 1 shows a schematic, partially sectioned view of an exemplary additive manufacturing apparatus with which the invention can be used.
  • Fig. 2 shows a schematic representation of a filter device together with an embodiment of a passivation device according to the invention.
  • Fig. 3 shows the components of the passivation device (with the exception of the oxidation device) located below the section plane A-A shown in Fig. 2 in plan view.
  • Fig. 4 shows schematically an embodiment of an oxidation device in which the oxidation takes place in a conveyor screw.
  • Fig. 5 shows schematically another embodiment of an oxidation device in which the oxidation takes place in a conveyor screw.
  • Fig. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of the oxidant inlets on an oxidizer shown in Figs. 4 and 5.
  • Fig. 7 is a schematic diagram illustrating an example of a configuration of the screw flight of an oxidizer shown in Figs. 4 and 5.
  • Fig. 8 shows examples of mixers that can serve as a model for a section of the screw flight designed as a mixer.
  • Fig. 9 shows schematically an example of a design of a conveyor screw.
  • Fig. 10 shows a schematic representation of a modified embodiment of a passivation device according to the invention.
  • the laser melting device 1 shown in Fig. 1 contains a process chamber 3 with a chamber wall 4 for building an object 2.
  • a container 5 with an upwardly open container wall 6 is arranged in the process chamber 3.
  • a working plane 10 is defined by the upper opening of the container 5, wherein the area of the working plane 10 located within the opening, which can be used to build the object 2, is referred to as the construction field.
  • a carrier 7 Arranged in the container 5 is a carrier 7 which can be moved in a vertical direction V and to which a base plate 8 is attached which closes off the container 5 at the bottom and thus forms its base.
  • the base plate 8 can be a plate which is formed separately from the carrier 7 and is fastened to the carrier 7, or it can be formed integrally with the carrier 7.
  • a construction platform 9 can be attached to the base plate 8 as a construction base on which the object 2 is built.
  • the object 2 can also be built directly on the base plate 8, which then serves as a construction base.
  • the object 2 to be formed in the container 5 on the construction platform 9 is shown below the working plane 10 in an intermediate state with several solidified layers, surrounded by unsolidified construction material 11.
  • the laser melting device 1 further contains a storage container 12 for a powdery or pasty building material 13 that can be solidified by electromagnetic radiation and a coater 14 that can be moved in a horizontal direction H for applying the building material 13 within the building field.
  • the coater 14 extends transversely to its direction of movement over the entire area to be coated.
  • the wall 4 of the process chamber 3 contains a coupling window 15 for the laser beam 22 used to solidify the powder 13.
  • the laser melting device 1 further contains an exposure device 20 with a laser 21 which generates a laser beam 22 which is deflected via a deflection device 23 and focused by a focusing device 24 via the coupling window 15 onto the working plane 10.
  • the laser melting device 1 has a control unit 29, via which the individual components of the laser melting device 1 are controlled in a coordinated manner to carry out the construction process.
  • the control unit can contain a CPU, the operation of which is controlled by a computer program (software).
  • the computer program can be stored on a storage medium from which it can be loaded into the device, in particular into the control unit.
  • the term "control unit” includes any computer-based control unit that is able to control or regulate the operation of an additive manufacturing device, in particular components thereof.
  • the connection between the control unit and the controlled components does not necessarily have to be cable-based, but can also be implemented by radio, WLAN, NFC, Bluetooth or the like, in that the control unit has corresponding receivers and transmitters.
  • the carrier 7 is first lowered by a height that corresponds to the desired layer thickness.
  • the coater 14 then moves over the construction area and applies a layer of building material 13 to the construction base or an existing layer of already selectively solidified building material.
  • the application takes place at least over the entire cross section of the object 2 to be produced, preferably over the entire construction area, i.e. the area delimited by the container wall 6.
  • the cross-section of the object 2 to be produced is then scanned by the laser beam 22 so that the powdery construction material 13 is solidified at the points that correspond to the cross-section of the object 2 to be produced.
  • the powder grains are partially or completely melted at these points using the energy introduced by the radiation so that after cooling they are bonded together as a solid body.
  • the laser melting device 1 contains a gas supply channel 31, a gas inlet nozzle 32, a gas outlet nozzle 34 and a gas discharge channel 35.
  • the gas supply and discharge can be controlled by a separate gas control device 80, which is shown in Fig.
  • the gas exiting the process chamber 3 is fed via the gas discharge channel 35 to a filter device 40, which filters out impurities from the process gas, and is then fed back to the process chamber 3 via the gas supply channel 31.
  • the gas supply channel 31, the gas inlet nozzle 32, the gas outlet nozzle 34, the gas discharge channel 35 and a gas conveying device 50 e.g. a circulation fan, in particular a high-pressure fan, form a gas circulation system which, during operation, enables a closed gas circuit for a process gas passed through the process chamber.
  • Fig. 2 shows a schematically illustrated filter device 40, under which an embodiment of a passivation device 100 according to the invention is arranged. It should be noted in this context that the position and Directional designations such as “down”/"up”, “below”/"above”, “downwards”/"upwards” etc. refer to the illustrated operating position, which can be seen from the figures.
  • the filter device 40 comprises a number of filter elements 42, e.g. fabric filters with 20 pm polyester fibers or PE sintered filters, which are arranged in a number of filter chambers (not shown).
  • a filter chamber has one or more filter elements 42.
  • the passivation device 100 contains a funnel-shaped collection area (or collection funnel) 71 and an oxidation device 200 below it.
  • the funnel-shaped collection area 71 has a closure 73 at its lower end, e.g. an iris diaphragm or a pneumatically/electrically controlled disk flap, with which the collection area 71 can be closed off gas-tight at the bottom.
  • the filtered-out particles accumulate on the fabric of a filter element. They are compressed by the pressure exerted by the process gas flow and can agglomerate depending on the material and temperature. Over time, a filter coating is formed from a layer of compressed and/or adhering particles, which is generally referred to as a "filter cake".
  • the filter cake impedes the gas flow and leads to an ever-increasing pressure drop on the filter, i.e. to an increase in the pressure difference between the raw gas and clean gas sides of the filter element, whereby the gas to be filtered, which contains the contaminants, is referred to as the raw gas and the filtered gas is referred to as the "clean gas".
  • the filter elements 42 must be cleaned from time to time in order to remove the filter cake.
  • a filter element is cleaned, for example, by a gas pressure surge from the outlet side (clean gas side) of the filter element acting on the filter cake, whereby the latter is detached from the filter element in clumps and falls due to gravity into the passivation device 100 located underneath, in particular into a funnel-shaped collecting area 71 thereof.
  • An optional closing device 74 e.g. an iris diaphragm or a pneumatically/electrically controlled disk flap, is also shown between the filter device 40 and the collection area 71, which can be used to limit or even prevent the passage of cleaned material (filter residues) 110 from the filter device 40 to the collection area 71 in order to limit the amount of material passing through the collection area and the oxidation device if necessary.
  • the closing device 74 can also be used to separate the collection area 71 from the filter device 40 in a gas-tight manner.
  • the collection area 71 can also be designed as a funnel-shaped lowermost section of the filter device.
  • a fluid inlet 75 is provided in the wall of the collection area 71, through which a gas stream, in particular an inert gas such as argon with a very low content of oxidizing agent (oxygen impurities), is supplied to the collection area 71.
  • oxidizing agent content should be below 1.3 vol. %, preferably below 0.1 vol. %.
  • Fig. 3 shows the components of the passivation device 100 (with the exception of the oxidation device 200) located below the section plane A-A shown in Fig. 2 in a top view. It can be seen that the fluid inlet 75 is arranged such that the fluid flow (symbolized by the arrow 62') enters the collecting area 71 tangentially to the side wall.
  • the upper edge of the side wall is designated by the reference numeral 710 and the part of the side wall at the level of the fluid inlet 75 is designated by the reference numeral 750.
  • a fluid flow generating device (not shown), e.g. a high-pressure fan or radial fan, for example from one of the HRD or A-HP series from Elektror airsystems gmbh, Ostfildern, ensures that the fluid can be supplied with a volume flow of between 10 l/min and 100 l/min, preferably between 20 l/min and 50 l/min. Such a volume flow is usually sufficient to swirl the cleaned material 110 entering the collection area 71.
  • the inner diameter of the The fluid inlet is designed such that the fluid can enter the collection area at an average speed of between 3 m/s and 200 m/s.
  • the turbulence of the cleaned material (filter residue) 110 then leads to agglomerates in the cleaned material 110 breaking up, which then collect at the lower end of the collection area 71 near the closure 73.
  • the fluid flow supplied tangentially to the side wall of the collection area 71 presses cleaned material 110 against the side wall. This promotes the breaking up of agglomerates made up of relatively weakly bound primary particles into smaller units.
  • the shear flow created by the direction of the fluid flow tangentially to the side wall also leads to agglomerates breaking up.
  • the breaking up of agglomerates is also promoted by turbulence and/or disintegrating flow vortices in the fluid flow.
  • the desired turbulence is achieved in particular when the Reynolds number is above 3000.
  • a Reynolds number for argon gas as a fluid with a diameter of the circular cylindrical fluid inlet of 10 mm and a volume flow of 80 l/min, a Reynolds number of approximately 15,000 can be achieved.
  • the fluid flow fed to the collection area can be discharged again via the filter device.
  • This outlet should then preferably be provided with a filter element so that particles stirred up by the fluid flow do not enter the ambient atmosphere (the outside area of the passivation device).
  • the outlet can, for example, also be installed in the wall of the collection area 71 or be installed near the collection area 71 on the side on which the filter residue enters the collection area or on the side on which the filter residue exits the collection area.
  • the cleaned material 110 is compacted, ie when leaving the After leaving the collection area 71, the cleaned material (the filter residue) has a higher bulk density than when entering the collection area 71.
  • Tests by the inventors showed that the bulk density could be increased by up to a factor of 3 (from 50 g/l to 150 g/l).
  • the fluid flow (Reynolds number approx. 15000) was fed for 30 seconds.
  • Fig. 4 shows an oxidation device 210 in which the oxidation takes place in a conveyor screw.
  • the filter residue passes by gravity through the open closure 73 from the collection area 71 directly into the intake area 202 of the conveyor screw. In some circumstances, it is useful to ensure a better passage of the filter residue at the intake area 202 of the conveyor screw by means of a vibration device.
  • the screw 201 is set in rotation, by means of which material is transported from the intake area 202 to a waste container 800.
  • the rotational speed is preferably greater than or equal to 0.5 rpm and/or less than or equal to 100 rpm, even more preferably greater than or equal to 1 rpm and/or less than or equal to 5 rpm.
  • gravity is also used to discharge the filter residue from the screw.
  • An outlet into the waste container can also be arranged not horizontally at the end of the screw, as shown in Fig. 4, but at the bottom of the screw.
  • the bulk density of the material increases again by a factor of between 2 and 10, typically by a factor of between 2 and 3.
  • an optional nozzle/cross-sectional constriction 208 at the outlet of the screw 201 can provide additional compaction of the oxidized and compacted filter residue 222, which is discharged into the waste container 800.
  • the screw does not rotate constantly in one direction, but by means of the drive 209, the direction of rotation is temporarily changed in order to ensure mechanical swirling of the filter residue in the Conveyor screw 201, which enables a better oxidation reaction.
  • the duration of the oxidation reaction can also be influenced by changing the rotation speed.
  • the oxidation device 210 allows a continuous supply of material from the collection area 71 into the oxidation device 210.
  • the design of the screw thread can ensure that the amount of material supplied is limited.
  • Fig. 5 shows a further embodiment of an oxidation device which is very similar to the oxidation device of Fig. 4.
  • the screw 239 of the oxidation device 230 shown in Fig. 5 has a cylindrical screw core 239a to which a screw flight 239b is attached, both being housed in a screw tube 239c which is to be regarded as the wall of the reaction chamber for the oxidation.
  • the diameter of the screw core 239a is typically between 20 and 30 mm
  • the outer diameter (in the radial direction) of the screw flight 239b is typically between 20 and 70 mm
  • the flight depth is typically between 3 and 6 mm
  • the flight pitch angle is typically between 15 and 25 degrees.
  • the flight pitch is typically between 80% and 100% of the outer diameter of the screw flight.
  • the length of the screw is typically greater than or equal to 25 cm and less than or equal to 100 cm.
  • the screw geometry may also be varied along the path to create different zones in which either predominantly compaction or predominantly oxidation occurs. This is shown by way of example in Fig. 5.
  • the screw 239 shown in Fig. 5 has in particular two compression zones
  • a compression/densification of the material is ensured by a thread depth that is reduced compared to the oxidation zone.
  • a variation in the thread depth is brought about by changing the core diameter.
  • the thread pitch can also be reduced in order to create a compression zone. This is illustrated in Fig. 9, which only shows a section of the screw core and the screw flight in the longitudinal direction.
  • the first compression zone V1 is arranged near the intake area 202 of the screw 239, preferably immediately adjacent to the intake area 202.
  • a further compressed filter residue represents a barrier for the oxidizing agent and prevents or at least significantly reduces backflow of the oxidizing agent into the collection area 71 and the filter device 40.
  • the second compression zone V2 is arranged near the outlet 238. As a result, a further compressed oxidized filter residue is fed to the waste container 800, which takes up less volume in the waste container 800, thereby extending the service life of the waste container 800.
  • the inlet 236 through which an oxidizing agent is supplied should be arranged in the region of the oxidation zone, preferably at the beginning thereof (when viewed in the conveying direction).
  • an inlet 236 associated with each of these oxidation zones would preferably be provided.
  • this should not exclude the possibility of supplying the oxidizing agent to an oxidation zone via a plurality of inlets; this is also possible and is shown in particular in Fig. 6.
  • oxidation can take place in several stages.
  • the material is first pre-oxidized in the first oxidation zone and then further oxidized after being transported to the second oxidation zone.
  • the first oxidation zone can also merge into the second oxidation zone, with an inlet for an oxygen-containing gas or an oxygen-containing gas mixture then being arranged at each oxidation zone.
  • a larger amount of oxidizing agent e.g. oxygen
  • can be supplied to the second oxidation zone e.g. by providing an oxidizing agent inlet with a larger diameter and/or a higher flow rate of the gas containing the oxidizing agent.
  • the oxidizing agent content in the medium supplied to the second oxidation zone can be higher than in the medium supplied to the first oxidation zone (usually gas).
  • the oxidizing agent inlet 236 is arranged at the (vertical) lower end of the screw 239, as shown in Fig. 5, then such an arrangement ensures that a gas supplied via the inlet 236 leads to a slight turbulence of the filter residue which tends to collect in the lower area of the screw (as a result of gravity), which promotes oxidation of the filter residue.
  • an inlet 236 for a gas containing the oxidizing agent can be arranged above the screw. Such an arrangement has the advantage that the inlet 236 arranged above cannot become blocked so quickly by filter residue which, as a result of gravity, collects mainly in the lower part of the screw.
  • the gas should preferably be supplied at such a high speed that even if filter residue settles in the lower area of the screw, there is sufficient access of oxygen to the filter residue when the gas flow enters from above.
  • a high speed can be generated, for example, by selecting a sufficiently small diameter of the inlet 236 (eg between 3 and 5 mm).
  • the inlets 236 should preferably be implemented as gas nozzles.
  • the oxidizing agent can be supplied uniformly from all sides, thus achieving homogeneous oxidation.
  • a gas mixture with a volume flow greater than or equal to 0.5 l/min, preferably greater than or equal to 5 l/min and/or less than or equal to 30 l/min, preferably less than or equal to 10 l/min is supplied via the inlet 236.
  • the value to be set depends on the speed and dimensions of the conveyor screw as well as the oxygen content of the supplied gas.
  • the latter should preferably contain an inert gas in addition to oxygen, for example a mixture of oxygen and nitrogen is possible or a mixture of an inert gas (e.g. argon, nitrogen) and air.
  • the total oxygen content in the gas is typically between 5 and 10 vol.%, preferably between 8 and 10 vol.%. Depending on the application, the total oxygen content can be increased over the course of the
  • Oxidation process can also be in the range between 0 and 21 vol.%.
  • the total oxygen content can be adjusted, for example, via the mixing ratio of inert gas and air.
  • the total oxygen content is selected depending on the oxidation reaction taking place in the oxidation area, i.e. in particular depending on the temperature in the oxidation area.
  • the inlet 236 can have the shape of a nozzle or pipe. This does not have to be perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical screw, as shown in the figure. Rather, the nozzle or pipe can also enclose an acute angle with the longitudinal axis of the screw.
  • the supplied gas can receive a movement component in the conveying direction or in the circumferential direction of the screw. While a movement component in the conveying direction counteracts a backflow of the gas in the direction of the filter device, a movement component in the circumferential direction can lead to a better mixing of the gas with the filter residues.
  • an inlet can also be realized by means of a porous section of the wall of the screw tube 239c or a porous insert in the wall of the screw tube.
  • the wall section or insert can be designed as a microporous element, for example a gas-permeable sintered part, a metal fleece or metal grid.
  • Fig. 7 shows an example in which notches or recesses 190 are present in the screw flight 239b. It is particularly advisable to provide recesses 190 adjacent to the intake area 202, as this allows the filter residue to be drawn in better there.
  • flanks and the flank angle it is advantageous to provide a sharp edge (small front surface) on the outside of the screw flight 239b (in the radial direction), since oxidation reactions and the deposition of filter residue in this sensitive area are then reduced due to the smaller contact surface.
  • a section of the screw spiral 239b can also have the shape of a mixer, as is known in the field of extruder screws.
  • Figures 8a and 8b show two examples of mixers (elements) as offered by Grochetechnik GmbH in 32689 Kalletal (https://www.Qroche.com/ cons/dynamische-mischer).
  • a dividing effect can be achieved by means of the spiral mixer shown in Fig. 8b. whereby any agglomerates of filter residues still present in the screw can be broken up.
  • the diamond mixer shown in Fig. 8a has advantages when there are no more agglomerates and an increase in surface area and rearrangement of particles is to be achieved.
  • the sections of the screw (in the direction of the cylinder axis) in which a section of the screw helix 239b has the shape of a mixer are referred to in this application as mixing zones.
  • the screw 239 is preferably made of a material with high temperature resistance, for example IN718 or stainless steel.
  • the screw can be manufactured by means of an additive manufacturing process as a whole or in several segments that can be plugged or screwed together.
  • the process is carried out in a passivation device in which a fluid flow is used to compress the filter residue cleaned from a filter element in the collection area.
  • a fluid e.g. argon gas
  • a turbulent flow forms in the collection area, e.g. a flow vortex similar to that in a centrifugal separator.
  • the closing device 74 is closed, the fluid flow is stopped and the closure 73, e.g. a disk valve at the lower end of the collection area 71, is opened so that compressed filter residue can enter the oxidation device 200.
  • the closure 73 e.g. a disk valve at the lower end of the collection area 71
  • the disk valve 73 is only opened for a limited period of time, so that only a limited amount of filter residue reaches the oxidation device 200.
  • the disk valve 73 is then closed again, a turbulent fluid flow is again provided for a certain period of time in the collection area 71, the fluid flow is then turned off again and the disk valve 73 is opened again for a limited period of time.
  • This process can be repeated several times.
  • the advantage of repeatedly exposing the filter residue to the fluid flow is that this can achieve a higher compression and, as a result, the filter residue can also slide more easily into the oxidation device.
  • the compressed filter residue is then oxidized in a controlled manner in the oxidation device.
  • Fig. 10 shows a passivation device modified from the passivation device shown in Fig. 2.
  • the collection area is divided into a first partial collection area 71a and a second partial collection area 71b, the second partial collection area 71b being arranged below the closure 73, with which the filter device 40 can be separated in a gas-tight manner from the oxidation device 200.
  • the second partial collection area 71b can be regarded as the intake area of the oxidation device 200, in particular a conveyor screw. If the second partial collection area 71b is considered to be a component the oxidation device 200, this component in any case does not belong to the oxidation region 290 in the oxidation device 200 in which the oxidation takes place.
  • the first partial collection area 71a and the second partial collection area 71b are shown in the figure as funnel-shaped.
  • a cylindrical or conical shape can be selected for the first partial collection area 71a and the second partial collection area 71b.
  • the general mathematical definition of a cylinder and a cone is used as a basis here, whereby this is preferably a straight cylinder and a straight cone and/or a cylinder or cone or truncated cone with a circular or oval base.
  • a fluid inlet 76 is provided in the wall of the second partial collection area 71b, through which a gas flow, in particular an inert gas, such as argon with a very low content of oxidizing agent (oxygen) impurities, is fed to the second partial collection area 71b in order to compress the filter residue therein.
  • a gas flow in particular an inert gas, such as argon with a very low content of oxidizing agent (oxygen) impurities
  • a second partial collection area 71 b is present on the side of the closure 73 facing the oxidation device 200 and a fluid inlet 76 is provided in the wall of the second partial collection area 71 b, whereby all of the above statements are also applicable to the second partial collection area 71 b and the fluid inlet 76 in the wall thereof.
  • compaction can also take place only in the second partial collection area 71 b and in particular also by means of a stamp which presses the material against the wall of the second partial collection area 71 b and is used alternatively or in addition to the fluid flow supplied through the fluid inlet 76.
  • the compaction of the filter residue is effected in the first partial collection area 71a and in the second partial collection area 71b is concerned, this can be done in different ways in the first partial collection area 71a and in the second partial collection area 71b, e.g. in one partial collection area by means of a stamp and in the other partial collection area by means of the supply of a fluid flow.
  • the compaction can also be effected in both partial collection areas in the same way, when a fluid flow is supplied, preferably by supplying the same fluid or a fluid of the same, in particular identical, composition.
  • the supplied fluid flow in the first partial collection area 71a can also have the same parameters as in the second partial collection area 71b.
  • the filter residue can be compressed in a number of ways in the divided or non-divided collection area, e.g. with the aid of an extendable stamp that presses the filter residue against the wall and with the aid of a supplied fluid flow.
  • the same fluid or a fluid of the same, in particular identical, composition can preferably be supplied.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Filtering Of Dispersed Particles In Gases (AREA)

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, 71 b), - Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich (71, 71a, 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).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Passivierung von in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückständen
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 pm. 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 pm, 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 2014207 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 Gasoder 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 pm, die die gefährlichen Kondensatpartikel räumlich voneinander trennen sollen und als thermischer Ballast dienen sollen.
Pulverförmiges Aufbaumaterial zeigt typischerweise Partikelgrößen (d50) zwischen 25 und 35 pm, typischerweise 30 pm. 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-Gemisch).
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, 71 b) 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/rnin und/oder kleiner oder gleich 100 U/rnin, noch bevorzugter größer oder gleich 1 U/rnin und/oder kleiner oder gleich 5 U/rnin 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 Wendeigängen 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 vereintem. 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.
Fig. 1 zeigt eine schematische, teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht einer beispielhaften additiven Herstellvorrichtung, mit der zusammen die Erfindung angewendet werden kann.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung eine Filtervorrichtung zusammen mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Passivierungsvorrichtung.
Fig. 3 zeigt die unterhalb der in Fig. 2 eingezeichneten Schnittebene A-A liegenden Komponenten der Passivierungsvorrichtung (mit Ausnahme der Oxidationseinrichtung) in Draufsicht.
Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Oxidationseinrichtung, bei der die Oxidation in einer Förderschnecke stattfindet.
Fig. 5 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform einer Oxidationseinrichtung, bei der die Oxidation in einer Förderschnecke stattfindet.
Fig. 6 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Oxidationsmittel-Einlässe an einer Oxidationseinrichtung, die in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, veranschaulicht.
Fig. 7 ist eine schematische Darstellung, die ein Beispiel für eine Ausgestaltung der Schneckenwendei an einer Oxidationseinrichtung, die in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, veranschaulicht.
Fig. 8 zeigt Beispiele von Mischern, die als Vorbild für einen als Mischer ausgestalteten Abschnitt der Schneckenwendei dienen können. Fig. 9 zeigt schematisch ein Beispiel für eine Ausgestaltung einer Förderschnecke.
Fig. 10 zeigt in schematischer Darstellung ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Passivierungsvorrichtung.
Nachfolgend wird mit Bezug auf Fig. 1 zunächst ein grundlegender Aufbau einer additiven Herstellvorrichtung, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, am Beispiel einer Lasersinter- oder Laserschmelzvorrichtung beschrieben. Die in Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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.
Fig. 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 pm 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 Fig. 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 Fig. 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.
Fig. 3 zeigt die unterhalb der in Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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.
Fig. 4 zeigt eine Oxidationseinrichtung 210, bei der die Oxidation in einer Förderschnecke stattfindet. In Fig. 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 Fig. 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.
Fig. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Oxidationseinrichtung, die sehr ähnlich der Oxidationseinrichtung von Fig. 4 ist. Die Schnecke 239 der in Fig. 5 dargestellten Oxidationseinrichtung 230 weist dabei einen zylinderförmigen Schneckenkern 239a auf, an dem eine Schneckenwendei 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 Schneckenwendei 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 Schneckenwendei. 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 Fig. 5 dargestellt.
Die in Fig. 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 Fig. 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 Fig. 9 veranschaulicht, welche lediglich einen Abschnitt des Schneckenkerns und der Schneckenwendei 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 Schneckenwendei. 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 Fig. 5 und Fig. 9 lediglich eine Verdichtungszone oder aber mehr als zwei Verdichtungszonen vorhanden sind und/oder der Oxidationsbereich aus mehreren Oxidationszonen besteht.
In Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Fig. 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 Schneckenwendei 239b (also des Schneckengewindes) anbelangt, so kann diese gleichförmig gestaltet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Geometrie der Schneckenwendei entlang der Förderrichtung zu variieren, also insbesondere Ausnehmungen in den Flanken der Schneckenwendei 239b vorzusehen oder die Form der Flanken der Schneckenwendei 239b und/oder den Flankenwinkel zu variieren. Dadurch kann für eine bessere Durchmischung des Filterrückstands gesorgt werden. Die Fig. 7 zeigt hierzu ein Beispiel, in dem Einkerbungen bzw. Ausnehmungen 190 in der Schneckenwendei 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 Schneckenwendei 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 Schneckenwendei 239b auch die Gestalt eines Mischers haben, wie er auf dem Gebiet der Extruderschnecken bekannt ist. Die Figuren 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.Qroche.com/produkte/dynamische-mischer). Mittels des in Fig. 8b dargestellten Wendeischermischers kann eine zerteilende Wirkung erreicht werden, wodurch noch vorhandene Agglomerate von Filterrückständen in der Schnecke aufgebrochen werden können. Der in Fig. 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 Schneckenwendei 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 Wendeischermischer nachzuschalten.
Natürlich sind auch Mischformen der in Fig. 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 Fig. 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.
Fig. 10 zeigt eine gegenüber der in Fig. 2 gezeigten Passivierungsvorrichtung abgewandelte Passivierungsvorrichtung. Wie man in Fig. 10 erkennt, ist in der abgewandelten Passivierungsvorrichtung der Sammelbereich in einen ersten Teil- Sammelbereich 71a und einen zweiten Teil-Sammelbereich 71 b 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 71 b 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 71b sind in der Figur trichterförmig dargestellt. Wie es auch beim Sammelbereich 71 der Ausführungsform der Passivierungsvorrichtung in Fig. 2 der Fall war, kann für den ersten Teil-Sammelbereich 71a und den zweiten Teil-Sammelbereich 71b Zylinderoder 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 71 b 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 71 b 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 Figuren 2 bis 9 beschriebenen Passivierungsvorrichtung besteht darin, dass ein zweiter Teil-Sammelbereich 71 b 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 71 b und den Fluideinlass 76 in der Wandung desselben anwendbar sind. Insbesondere kann eine Verdichtung auch nur in dem zweiten Teil-Sammelbereich 71 b stattfinden und das insbesondere auch durch einen Stempel, der das Material gegen die Wandung des zweiten Teil- Sammelbereichs 71 b 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 71 b durchzuführen, wie es entsprechend auch in Fig. 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 71 b vorsehen.
Was die Art und Weise anbelangt, in der die Verdichtung des Filterrückstands im ersten Teil-Sammelbereich 71a und im zweiten Teil-Sammelbereich 71 b bewirkt wird, so kann dies im ersten Teil-Sammelbereich 71a und im zweiten Teil-Sammelbereich 71 b 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 71 b 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.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
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 , 71a, 71 b),
- Verdichten des Filterrückstands im Sammelbereich (71 , 71a, 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, 71 b) 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, 71 b) 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, 71 b) eine gekrümmte Wand aufweist und die Fluidströmung in einer Richtung zugeführt wird, die eine Richtungskomponente tangential zur gekrümmten Wand des Sammelbereichs (71 , 71a, 71 b) 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, 71 b) 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, 71 b), 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, 71 b) 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 , 71 a, 71 b) 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.
EP23800354.5A 2022-11-09 2023-10-30 Verfahren und vorrichtung zur passivierung von in einer filtervorrichtung auftretenden filterrückständen Pending EP4615608A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022211877.4A DE102022211877A1 (de) 2022-11-09 2022-11-09 Verfahren und Vorrichtung zur Passivierung von in einer Filtervorrichtung auftretenden Filterrückständen
PCT/EP2023/080179 WO2024099806A1 (de) 2022-11-09 2023-10-30 Verfahren und vorrichtung zur passivierung von in einer filtervorrichtung auftretenden filterrückständen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4615608A1 true EP4615608A1 (de) 2025-09-17

Family

ID=88690270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23800354.5A Pending EP4615608A1 (de) 2022-11-09 2023-10-30 Verfahren und vorrichtung zur passivierung von in einer filtervorrichtung auftretenden filterrückständen

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4615608A1 (de)
CN (1) CN120187506A (de)
DE (1) DE102022211877A1 (de)
WO (1) WO2024099806A1 (de)

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013205510A1 (de) * 2013-03-27 2014-10-02 Matthias Fockele SLM-Filtersystem
DE102013205724A1 (de) 2013-03-28 2014-10-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102014207160A1 (de) 2014-04-15 2015-10-15 Eos Gmbh Electro Optical Systems Umluftfiltervorrichtung für eine Vorrichtung zum schichtweisen Herstellen eines dreidimensionalen Objekts
DE102015109846A1 (de) * 2015-06-19 2016-12-22 Aconity3D Gmbh Filtersystem für eine PBLS-Anlage
CN108579241A (zh) * 2018-07-12 2018-09-28 安徽隆源成型科技有限公司 一种用于3d打印净化系统中循环气体除尘过滤装置
EP3822001A1 (de) * 2019-11-12 2021-05-19 SLM Solutions Group AG Verfahren und vorrichtung zur behandlung von brennbaren und/oder reaktiven teilchen, verfahren zum betreiben eines systems zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks und system zur herstellung eines dreidimensionalen werkstücks
DE102019132349A1 (de) * 2019-11-28 2021-06-02 Gebr. Becker Gmbh Verfahren zur intermittierenden Abreinigung eines Filters sowie Filtereinrichtung für eine Metall-Druckeinrichtung
DE102020000501A1 (de) * 2020-01-27 2021-07-29 Eos Gmbh Electro Optical Systems Passivierung von Filterrückständen
DE102020116030A1 (de) * 2020-06-17 2021-12-23 Eos Gmbh Electro Optical Systems Filtereinrichtung für eine additive Fertigungsvorrichtung
DE102020134299A1 (de) * 2020-12-18 2022-06-23 Eos Gmbh Electro Optical Systems Entfernen eines Teils einer Partikelsammelvorrichtung
DE102021208113A1 (de) * 2021-07-27 2023-02-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Passivierungsvorrichtung, Filtersystem, Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte, Verfahren zum Passivieren und Verfahren zum Filtern
DE102021208112A1 (de) * 2021-07-27 2023-02-02 Eos Gmbh Electro Optical Systems Filtervorrichtung zum Filtern eines Prozessgases, Vorrichtung zur additiven Herstellung dreidimensionaler Objekte und Verfahren zum Filtern eines Prozessgases

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024099806A1 (de) 2024-05-16
CN120187506A (zh) 2025-06-20
DE102022211877A1 (de) 2024-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021151938A1 (de) Passivierung von filterrückständen
DE102020112856A1 (de) Verfahren zur Trockenfiltration eines Fremdkörper mitführenden Gasstroms, und Filtervorrichtung zur Reinigung von Fremdkörper mitführendem Rohgas
WO2020120623A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur nachbehandlung von in einem prozessgas mitgeführten partikeln sowie filter hierfür
EP4376980A1 (de) Passivierungsvorrichtung, filtersystem, vorrichtung zur additiven herstellung dreidimensionaler objekte, verfahren zum passivieren und verfahren zum filtern
EP4263023A1 (de) Entfernen eines teils einer partikelsammelvorrichtung
EP4376981B1 (de) Filtervorrichtung zum filtern eines prozessgases, vorrichtung zur additiven herstellung dreidimensionaler objekte und verfahren zum filtern eines prozessgases
DE102017211381A1 (de) Verfahren zum Abkühlen und Abkühlvorrichtung
EP4719677A2 (de) Verfahren zur steuerung des betriebs einer siebvorrichtung, siebvorrichtung, pulveraufbereitungssystem und anlage zur herstellung von dreidimensionalen werkstücken
EP3890907A1 (de) Verfahren zur bereitstellung eines partikelmaterials
WO2021094075A1 (de) Filtervorrichtung, verwendung und verfahren zur trockenfiltration mit siliziumdioxid als filtrationshilfsstoff
WO2020207784A1 (de) Verfahren zur entleerung einer vorrichtung zur herstellung von granulaten oder extrudaten
EP4615608A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur passivierung von in einer filtervorrichtung auftretenden filterrückständen
DE60128119T2 (de) Verfahren zur herstellung von pulver aus kernbrennstoffmetall oder -metalllegierung
EP3219416A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum generativen fertigen eines dreidimensionalen bauteils
DE2057862A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Pulvers durch Verspruehen eines geschmolzenen Materials
DE10127240A1 (de) Vorrichtung zum Behandeln von partikelförmigem Gut
EP4376982A1 (de) Kontrollierte oxidation
WO2023209107A1 (de) Filtersystem mit individuell abtrennbaren filterkammern
DE102023114326B3 (de) Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer Siebvorrichtung, Siebvorrichtung, Pulveraufbereitungssystem und Anlage zur Herstellung von dreidimensionalen Werkstücken
EP4376983A1 (de) Detektion des oxidationsfortschritts von metallkondensat
DE102023114305A1 (de) Pulverfördersystem zum Fördern von Rohmaterialpulver zu einer Anlage zum Herstellen eines dreidimensionalen Werkstücks
WO2019138123A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von pulverförmigen stoffen durch zerkleinern von kunststoffkörnern
DE1442813B2 (de) Verfahren zum Granulieren eines schmelzbaren Stoffes

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20250219

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)