Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Passivierung von Filterrückständen einer in einem Prozessgasstrom einer Vorrichtung zur additiven Herstellung von dreidimensionalen Objekten angeordneten Filtereinrichtung.

Vorrichtungen und Verfahren zur additiven Herstellung von dreidimensionalen Objekten werden beispielsweise beim Rapid Prototyping, Rapid Tooling oder Additive Manufacturing verwendet. Ein Beispiel eines solchen Verfahrens ist unter dem Namen "Selektives Lasersintern oder 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. Weitere Details werden beispielweise in EP 2978589 B1 beschrieben.

Während des Herstellungsvorgangs wird oftmals in der Prozesskammer, in der das Aufbaumaterials selektiv mittels Strahlung aufgeschmolzen wird, eine Prozessgasatmosphäre, in der Regel eine Inertgasatmosphäre, aufrechterhalten. Der Grund ist, dass manche Aufbaumaterialien, insbesondere wenn diese metallhaltig sind, bei den hohen Temperaturen während des Aufschmelzvorgangs zur Oxidation neigen, was die Ausbildung von Objekten verhindert oder zumindest die Ausbildung von Objekten mit wunschgemäßem Materialgefüge verhindert. In der Regel wird dabei ein Prozessgasstrom über die Bauebene, also die Oberfläche einer zu verfestigenden Aufbaumaterialschicht, geleitet

Da aber während des Prozesses, also der Bestrahlung des Aufbaumaterials, zum Einen Aufbaumaterial verdampft und zum Anderen Aufbaumaterial aufgewirbelt wird, ist es erforderlich, 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, zu befreien. In US 2014/0287080 wird zu diesem Zweck ein geschlossener Gasströmungskreis bereitgestellt, mit dem eine Gasströmung durch die Baukammer einer selektiven Laserschmelzvorrichtung geleitet wird, wobei in dem Gasströmungskreis zwei Filtereinrichtungen angeordnet sind, die jeweils ein Filterelement aufweisen.

In DE 102014207 160 A1 wird eine zyklische Abreinigung eines Filterelements einer Umluftfiltereinrichtung mittels eines Gasdruckstoßes beschrieben.

Insbesondere bei Verwendung metallhaltiger bzw. metallischer Aufbaumaterialen (z.B. Titan oder Titanlegierungen) neigen die Partikel unter hohen Temperaturen zu einer Reaktion mit oxidativen Materialen, wobei die Reaktionsrate bei hohen Temperaturen erhöht ist. Hierdurch kann es gerade im Bereich von Filterelementen, an denen sich die in dem Prozessgas mitgeführten Partikel ansammeln, zu unkontrollierten Filterbränden oder Staubexplosionen kommen. Dieses Risiko besteht verstärkt, wenn bei einem Wechsel des Filterelements Sauerstoff an das Filterelement gelangt.

EP 1 527807 schlägt zum Abscheiden von Staubbestandteilen aus einem explosionsfähigen Staub-Luft-Gemisch eine Inertisierung durch Verwendung von Additiv-Partikeln vor, mit denen Filterplatten beladen werden. Die Menge der Additiv- Partikel wird dabei so gewählt, dass die Mischung aus diesen Partikeln mit einem eingetragenen Staub zumindest bis zum Erreichen eines oberen Füllstandes eines Staubbehälters kein brennbares Gemisch darstellt. Als Additiv-Partikel werden in Verbindung mit Aluminium-Staub Partikel aus Calciumcarbonat und Siliziumdioxid genannt. Durch die Verwendung zusätzlicher Partikel wird neben deren Bereitstellung aber auch ein schnelleres Erreichen des oberen Füllstandes in Kauf genommen, so dass der Staubbehälter öfter entleert werden muss.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein alternatives bzw. verbessertes Verfahren bzw. eine alternative bzw. verbesserte Vorrichtung zur Verhinderung von Staubexplosionen, insbesondere in Zusammenhang mit additiven Herstellvorrichtungen, bereit zu stellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Passivierungsvorrichtung nach Anspruch 1 , eine Verwendung einer Passivierungsvorrichtung nach Anspruch 10 und ein Verfahren nach Anspruch 11. 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.

Eine erfindungsgemäße Passivierungsvorrichtung zur Passivierung von Filterrückständen einer in einem Prozessgas-Kreislauf einer additiven Herstellvorrichtung angeordneten Filtereinrichtung weist auf: eine Reaktionseinheit mit: einem zum Zuführen eines Oxidationsmittels geeigneten Einlass, einer zum Eintrag der Filterrückstände in die Reaktionseinheit an die Filtereinrichtung ankoppelbaren Ankopplungseinheit, einer zum Auslass von passivierten Filterrückständen aus der Reaktionseinheit geeigneten Auslasseinheit, und eine Energiezufuhreinheit die zum Bewirken einer Reaktion zwischen den Filterrückständen und dem Oxidationsmittel in der Reaktionseinheit geeignet ist.

Filterrückstände in einem Filterelement der Filtereinrichtung können hier Kondensatpartikel aus im Prozess verdampften und rekondensierten 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. 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 sind oftmals zu mehrere Millimeter großen sogenannten Filterkuchen agglomeriert, die bei Berührung jedoch rasch zerfallen. Pulverförmiges Aufbaumaterial zeigt typischerweise Partikelgrößen (d50) zwischen 25 und 35 pm, typischerweise 30 pm.

Die vorliegende Erfindung wird bevorzugt in Zusammenhang mit metallhaltigen Aufbaumaterialien, insbesondere Metallpulvern wie z.B. Titan- oder Aluminiumpulvern oder Titan-, Eisen-, Nickel- oder Aluminiumlegierungspulvern, angewandt, bei denen Metallkondensatpartikel als Filterrückstand Zurückbleiben.

Eine Ankopplungseinheit kann z.B. in Form eines Ventils, einer Klappe, eines Schiebers oder einer (Gas-)Schleuse realisiert sein und soll insbesondere in der Lage sein, den Eintritt von Partikeln aus der Filtereinrichtung in die

Passivierungsvorrichtung zu unterbinden. Die Ankopplungseinheit sollte insbesondere an einen Partikelsammelbereich in der Filtereinrichtung ankoppelbar sein, in dem sich die aus dem Prozessgasstrom herausgefilterten Partikel als Filterrückstände anreichern, beispielsweise nach einem Abreinigungsvorgang des Filterelements. Da Partikel, bedingt durch die Schwerkraft, nach unten fallen, ist ein Partikelsammelbereich in der Regel im unteren Bereich der Filtereinrichtung angeordnet und entsprechend ist die Ankopplungseinheit bevorzugt am unteren Ende der Filtereinrichtung angekoppelt. Der Begriff "ankoppelbar" ist hier so gemeint, dass er sowohl an eine Filtereinrichtung an- und abkoppelbare Ankopplungseinheiten umfasst als auch Ankopplungseinheiten, die nicht von der Filtereinrichtung entfernbar sind, also in ständiger Verbindung mit der Filtereinrichtung sind.

Die Filtereinrichtung sollte dabei bevorzugt eine Umluft-Filtereinrichtung sein, die in einem geschlossenen Prozessgaskreislauf betrieben wird. Optional können die bevorzugt zu passivierenden Kondensatpartikel vor der Passivierungsbehandlung z.B. mittels Siebung oder mittels eines Zyklons von den restlichen Partikeln separiert werden.

Die Reaktionseinheit in ihrer einfachsten Ausführungsweise weist einen Reaktionsraum auf, in dem eine Passivierung von Filterrückständen, insbesondere eine kontrollierte Oxidation von Kondensatpartikeln, bevorzugt unter Abschluss gegenüber der Umgebung, möglich ist. Bevorzugt wird der Reaktionskammer das zu passivierende Material von oben, also durch eine Öffnung im oberen Bereich der Reaktionskammer zugeführt, da man sich dann für den Transport des Materials in die Reaktionskammer die Schwerkraft zunutze machen kann. Die Ankopplungseinheit ist also bevorzugt mit der Oberseite der Reaktionskammer verbunden.

Weiter bevorzugt kann am Ausgang der Filtereinrichtung, in der Ankopplungseinheit oder an der Oberseite der Reaktionskammer eine Rieselfördervorrichtung vorhanden sein, worunter z. B. eine Vibrationseinrichtung verstanden wird oder eine Einrichtung, die dem Kondensatmaterial stoßweise Gas zuführt, um die Fortbewegung des Kondensatmaterials zu fördern und einem Anhaften des Kondensatmaterials an Wänden oder von Kondensatpartikeln aneinander entgegen zu wirken. Mittels der Vibrationseinrichtung können beispielsweise die Wand eines Auslasstrichters der Filtereinrichtung, die Wand eines Einlasstrichters der Reaktionskammer oder eine oder mehrere Wände in der Ankopplungseinheit in Schwingungen versetzt werden. Für die stoßweise Zufuhr von Gas können z. B. die Wand eines Auslasstrichters der Filtereinrichtung, die Wand eines Einlasstrichters der Reaktionskammer oder eine oder mehrere Wände in der Ankopplungseinheit mit Bohrungen durchsetzt sein, insbesondere an diesen Stellen Fluidisierplatten angebracht sein.

Bevorzugt ist die Auslasseinheit am unteren Ende der Reaktionskammer vorgesehen, da man sich dann für den Transport des Materials aus der Reaktionskammer die Schwerkraft zunutze machen kann.

Ein zum Zuführen eines Oxidationsmittels geeigneter Einlass kann ein Zuführrohr aufweisen und ist bevorzugt geeignet, ein vorerwärmtes Gas zuzuführen, weist also eine entsprechende Temperaturbeständigkeit auf. Als Oxidationsmittel kommt bevorzugt Sauerstoff zum Einsatz.

Eine Energiezufuhreinheit ist insbesondere geeignet, die notwendige Energie zum Ingangbringen (Initiieren) einer Reaktion zwischen den Filterrückständen und dem Oxidationsmittel zuzuführen bzw. zum Aufrechterhalten und/oder Verstärken bzw. Beschleunigen einer Reaktion zwischen den Filterrückständen und dem Oxidationsmittel zuzuführen. Bevorzugt wird die zugeführte Energie nur so hoch gewählt, dass es zu keiner Verbindung (einem gegenseitigen Anhaften oder Verschmelzen) der Kondensatpartikel kommt. Mit anderen Worten, bevorzugt wird die durch die Energiezufuhreinheit für eine Passivierung (z.B. eine kontrollierte Oxidation) zugeführte Energie an die Art und Beschaffenheit der Kondensatpartikel angepasst.

Bei der vorliegenden Erfindung kann für eine Passivierung gefährlicher Kondensatpartikel, insbesondere Metallkondensate, dadurch gesorgt werden, dass bereits aus einem Prozessgaskreislauf herausgefilterte Partikel verarbeitet werden, so dass durch die Passivierung nicht der Prozessgaskreislauf, insbesondere die Prozessgasströmung durch die additive Herstellvorrichtung, beeinträchtigt wird. Durch die alsbaldige Entfernung der Filterrückstände können zudem die Filterabreinigungsintervalle bzw. die Filterwechselintervalle verlängert werden. Anders herum betrachtet könnte man auch die gesamte bei einem Abreinigungsvorgang mittels Druckstoß anfallende Menge an Filterrückständen in die Passivierungsvorrichtung eintragen, was zu einer Bevorzugung von kurzen Filterabreinigungsintervallen führen würde.

Bevorzugt weist die Ankopplungseinheit eine Portionierungseinheit zur Begrenzung der der Reaktionseinheit zugeführten Menge an Filterrückständen auf einen vordefinierten Wert auf.

Eine Portionierungseinheit kann beispielsweise durch vordimensionierte Schaufeln implementiert werden oder aber in der einfachsten Ausgestaltung mittels einer schrägen Ebene bzw. einem Trichter definierter Schräge, die einen verzögerten Transport des Partikelmaterials führen und damit die Menge der der Reaktionseinheit zugeführten Filterrückstände begrenzen.

Desweiteren kann die Portionierungseinheit eine Wägezelle oder Lichtschranke/Fotodiode zur Ermittlung der Menge der Filterrückstände umfassen. In anderen Worten, die Begrenzung der Menge kann in einer Begrenzung des zugeführten Volumens oder des zugeführten Gewichts an Filterrückständen bestehen. Eine Durchflussmenge bzw. ein Massenstrom bzw. ein Volumenstrom kann vorzugsweise gesteuert werden, indem die Zeitspanne des Durchflusses („Ventil offen“ vs. „Ventil geschlossen“) und/oder die Durchflussrate (Masse/Volumen pro Zeit; geöffneter Querschnitt des Ventils) gesteuert werden. Ferner kann die Portionierungseinheit einen Verschluss (Schlitzverschluss, Irisblende, Flachschieber, Schwenkschieber, Drehklappen, Kammerschleusen, einen Segmentverschluss) o.ä. umfassen.

Durch das Vorhandensein einer Portionierungseinheit wird eine kontrollierte Oxidation von Kondensatpartikeln erleichtert, da die jeweils anfallende begrenzte Menge an Kondensatpartikeln dafür sorgt, dass die bei der Oxidation entstehende Wärme und damit ein unkontrolliertes Aufheizen der Reaktionskammer bzw. eine unkontrollierte Reaktion der Metallkondensate verhindert/begrenzt werden.

Weiter bevorzugt sind die Ankopplungseinheit und/oder die Auslasseinheit so ausgelegt, dass sie die Reaktionseinheit gasdicht verschließen können.

Durch die gasdichte Verschließbarkeit ist es möglich, die Oxidation der Filterrückstände unter einer kontrollierten Gasatmosphäre durchzuführen. Insbesondere wird durch einen gasdichten Verschluss der Ankopplungseinheit, die ein Oxidationsmittel enthaltende Gasatmosphäre von der Prozessgasatmosphäre abgetrennt, so dass eine Verunreinigung der Prozessgasatmosphäre mit Oxidationsmittels vermieden wird und insbesondere der Prozessgaskreislauf nicht durch die Passivierungsvorgänge beeinträchtigt wird. In anderen Worten ist eine Verwendung der Passivierungsvorrichtung gerade bei Umluft-Filtereinrichtungen von Vorteil, da der Umluftbetrieb nicht gestört wird bzw. unterbrochen werden muss.

Weiter bevorzugt sind die Ankopplungseinheit und/oder die Auslasseinheit so ausgelegt, dass sie im geschlossenen Zustand einer Druckdifferenz von bis zu 8 bar, bevorzugt bis zu 15 bar, widerstehen können.

Damit darf der Druck innerhalb der Reaktionseinheit gegenüber dem Druck in der Filtereinrichtung (im Falle der Ankopplungseinheit) bzw. dem Druck im Sammelbehälter (im Falle der Auslasseinheit) schwanken. Dies erleichtert die Durchführung einer kontrollierten Passivierung/Oxidation, da sich mehr Freiheiten für die Führung der Reaktion ergeben.

Obwohl bevorzugt versucht wird, durch eine kontrollierte und begrenzte Oxidationsmittelzugabe einen Druckanstieg in der Reaktionseinheit zu verhindern, sollten aus Sicherheitsgründen die Ankopplungseinheit und/oder die Auslasseinheit einer Druckdifferenz bis zu 15 bar (auftretender Explosionsdruck bei Mikrostäuben), zumindest aber bis zu 8 bar (auftretender Explosionsdruck bei Nanostäuben) widerstehen können.

Weiter bevorzugt weist die Reaktionseinheit eine Reaktionskammer auf, in deren Wandung ein Druckausgleichsventil angebracht ist.

Mittels der Reaktionskammer wird ein, bevorzugt abgeschlossener, Reaktionsraum für eine Oxidation von Filterrückständen bereitgestellt, was eine bessere Kontrolle des Reaktionsablaufs ermöglicht. Mittels des Druckausgleichsventils kann dabei dafür gesorgt werden, dass der Druck innerhalb der Reaktionseinheit nicht allzu großen Schwankungen unterworfen wird, die zu einer Zerstörung der Reaktionseinheit führen könnten. Das Druckausgleichsventil stellt bevorzugt eine Verbindung zwischen dem Innern der Reaktionskammer und einem Inertgasvorrat her. Unter Umständen kann auch eine Verbindung mit der Umgebungsatmosphäre hergestellt werden, was aber aufgrund des Vorhandenseins von Sauerstoff in der Umgebungsatmosphäre risikobehaftet sein kann.

Das Material und die Dicke der Wandung der Reaktionskammer können beispielsweise so gewählt werden, dass die Wandung eine große Wärmekapazität aufweist und sich dadurch durch die im Innern der Reaktionskammer stattfindenden Oxidationsvorgänge nicht zu stark aufheizt. Beispielsweise kann als Material für die Wandung Stahl gewählt werden und die Wanddicke dann auf ca. 1 cm eingestellt werden. Weiter bevorzugt ist die Wandung der Reaktionskammer so ausgelegt ist, dass sie einer Druckdifferenz von bis zu 8 bar, bevorzugt bis zu 15 bar, widerstehen kann.

Mit anderen Worten, die Reaktionskammer sollte bevorzugt eine gewisse Druckfestigkeit aufweisen, damit große Druckschwankungen in der Reaktionskammer, die bei raschen Oxidationsvorgängen auftreten können, nicht zu einer Zerstörung der Reaktionskammer führen. Insbesondere sollten auch sonstige vorhandene Verschlüsse von Zugängen oder Ausgängen der Reaktionskammer im geschlossenen Zustand die spezifizierte Druckfestigkeit aufweisen.

Obwohl bevorzugt versucht wird, durch eine kontrollierte und begrenzte Oxidationsmittelzugabe einen Druckanstieg in der Reaktionskammer zu verhindern, sollte aus Sicherheitsgründen die Wandung der Reaktionskammer einer Druckdifferenz bis zu 15 bar (auftretender Explosionsdruck bei Mikrostäuben), zumindest aber bis zu 8 bar (auftretender Explosionsdruck bei Nanostäuben) widerstehen können.

Weiter bevorzugt ist an der Auslasseinheit eine Fördereinrichtung zum Abtransport der passivierten Filterrückstände angebracht.

Durch den aktiven Abtransport der passivierten Filterrückstände ist es möglich, für einen rascheren Passivierungsvorgang zu sorgen, da man für den Austrag der passivierten Filterrückstände aus der Reaktionskammer nicht allein auf die Wirkung der Schwerkraft zurückgreifen muss. Insbesondere ist es dadurch auch möglich, den Sammelbehälter in einiger Entfernung von der Passivierungsvorrichtung anzuordnen, da die räumliche Distanz dann von der Fördereinrichtung überbrückt werden kann.

Weiter bevorzugt weist die Fördereinrichtung eine Schnecke, insbesondere eine Extruderschnecke auf.

Die Förderschnecke kann einen variierenden Querschnitt bzw. Außendurchmesser aufweisen, der sich entlang der Erstreckungsrichtung der Schnecke zum Sammelbehälter hin monoton ändert (vergrößert oder verkleinert). Alternativ oder io zusätzlich kann sich auch die Steigung der Schnecke ändern. Ferner kann die Schnecke durch zusätzliche Mischelemente ergänzt werden.

Durch die Verwendung einer Fördereinrichtung, die geeignet ist, die passivierten Filterrückstände zu komprimieren, können die passivierten Filterrückstände platzsparend im Sammelbehälter gelagert werden, so dass dieser nicht so häufig geleert werden muss. Flierzu eignet sich insbesondere eine Extruderschnecke als Fördereinrichtung. Bei einer Extruderschnecke kann die gewünschte Komprimierung dadurch erzielt werden, dass die Gangtiefe an einer von der Auslasseinheit weiter entfernten Stelle einen geringeren Wert aufweist als an einer näher bei der Auslasseinheit gelegenen Stelle.

Weiter bevorzugt handelt es sich bei der Reaktionseinheit um eine Extruderschnecke bzw. Förderschnecke.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist der Reaktionsraum für die Oxidation der Filterrückstände der Raum zwischen den Gewindegängen des Schneckengewindes. Mit anderen Worten, über den Einlass wird das Oxidationsmittel, z.B. ein ein Oxidationsmittel enthaltendes Gas an die Schnecke herangebracht, so dass die Reaktion während des Transports der Filterrückstände stattfinden kann. Wiederum kann das Gas vor der Einleitung auf eine erhöhte Temperatur gebracht worden sein, um den Gang der Oxidationsreaktion zu befördern. Infolge der Verwendung einer Extruderschnecke können die Filterrückstände gleichzeitig auch noch komprimiert werden, so dass die passivierten Filterrückstände platzsparend im Sammelbehälter gelagert werden können.

Weiter bevorzugt kann eine Drehrichtung der Extruderschnecke bzw. Förderschnecke gewechselt werden.

Durch einen Wechsel der Drehrichtung der Schnecke können die Filterrückstände zueinander verlagert werden, was den Zutritt des Oxidationsmittels an die Filterrückstände erleichtert, insbesondere bei einer Mehrzahl von Wechseln der Drehrichtung. Weiter bevorzugt weist die Energiezufuhreinheit an der Extruderschnecke ein Heizelement auf (z.B. eine Mantelheizung oder eine Heizung an der Gaszuführung/Oxidationsmittelzuführung (am Einlass).

Weiter bevorzugt kann die Förderschnecke als Reaktionskammer ausgebildet sein und einen zylinderförmigen Schneckenkern, der von einer Schneckenwendel umgeben ist, aufweisen sowie ein Schneckenrohr als Wandung der Reaktionskammer.

Da die Passivierung der Filterrückstände bzw. des Kondensatmaterials in einer einen Reaktionsraum umschließenden Reaktionskammer stattfindet, ist also die Förderschnecke als Reaktionskammer anzusehen. Die Schneckenwendel erstreckt sich dabei in radialer Richtung zwischen dem bevorzugt kreiszylindrischen Schneckenkern und dem inneren Rand des Schneckenrohrs, das bevorzugt vom äußeren radialen Rand der Schneckenwendel nur so weit beabstandet ist, dass eine Drehung von Schneckenkern und Schneckenwendel um die Zylinderachse des Schneckenkerns nicht durch das Schneckenrohr und/oder sich im Spalt zwischen Schneckenwendel und Schneckenrohr ansammelnde Filterrückstände behindert wird.

Bevorzugt werden der Schneckenkern und/oder die Schneckenwendel und/oder das Schneckenrohr mittels eines additiven Fertigungsverfahrens hergestellt, wobei der Schneckenkern und/oder die Schneckenwendel und/oder das Schneckenrohr nicht unbedingt als Ganzes, sondern auch in Teilen gefertigt werden können. Die Teile können dann nach ihrer Herstellung kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden, also z.B. miteinander verschraubt oder verrastet werden. Insbesondere können Elemente der Schneckenwendel nach ihrer Herstellung auf den Schneckenkern aufgesteckt werden.

Weiter bevorzugt können geometrische Abmessungen der Förderschnecke, insbesondere eine Gangtiefe, eine Gangsteigung, eine Form der Flanken der Schneckenwendel oder ein Flankenwinkel der Schneckenwendel, entlang der Zylinderachse des Schneckenkerns variieren. Der Begriff "variierende geometrische Abmessung" bezieht sich insbesondere auf eine radiale Abmessung des Schneckenkerns bzw. den Kerndurchmesser, also einen Außendurchmesser des Zylinders an einer Position auf der Zylinderachse. Ebenso kann damit aber auch eine Gestalt (Form) der Windungen der Schneckenwendel gemeint sein. Wie bei einem Gewinde einer Schraube kann man eine Gestalt (Form) der Windungen der Schneckenwendel mittels eines Flankenprofils beschreiben, also beispielsweise von einem Flachprofil, Rundprofil, Sägeprofil oder einem Spitzgewinde oder Trapezgewinde sprechen. Desweiteren soll sich der Begriff auch auf stellenweise in der Schneckenwendel vorgesehene Einkerbungen oder Ausnehmungen (dreiecksförmig, rechteckförmig oder trapezförmig, etc.) beziehen.

Die Gangtiefe wird hier als Differenz zwischen dem Gewinde-Außendurchmesser (also dem radialen Außendurchmesser der Schneckenwendel) und dem Gewinde- Innendurchmesser (also dem radialen Außendurchmesser des zylinderförmigen Schneckenkerns) definiert. Als Gangsteigung wird hier die Entfernung entlang der Zylinderachse verstanden, die zurückgelegt wird, wenn bei einer Bewegung entlang der Außenkante der helixförmigen Schneckenwendel eine Umdrehung von 360° um die Zylinderachse vollzogen wurde. Wenn die Gangsteigung variiert wird, dann kann dadurch lokal der Füllgrad der Schnecke abgeändert, werden, beispielsweise indem im Bereich einer Oxidationszone die Gangsteigung verringert wird, so dass der Gasanteil (volumenbezogen) erhöht ist und somit die Oxidation erleichtert ist.

Der Begriff "Flankenwinkel" hat die gleiche Bedeutung, die dem Fachmann auch im Zusammenhang mit Schraubengewinden bekannt ist.

Weiter bevorzugt kann die Förderschnecke zumindest eine Verdichtungszone und zumindest eine Oxidationszone aufweisen, wobei die Gangtiefe in der zumindest einen Verdichtungszone kleiner ist als in der zumindest einen Oxidationszone.

Bei der Verdichtungszone und der Oxidationszone handelt es sich um Bereiche, die sich in Richtung der Zylinderachse des Schneckenkerns erstrecken. In einer Verdichtungszone wird das Kondensatmaterial komprimiert, insbesondere seine Schüttdichte erhöht. In einer Oxidationszone ist aufgrund der geringeren Dichte bzw. Schüttdichte ein besserer Zutritt des Oxidationsmittels zu den Kondensatpartikeln möglich. Falls das Kondensat in komprimierter Form von der Verdichtungszone in die Oxidationszone gefördert wird, bietet der dort relativ größere Flohlraum die Möglichkeit, dass das Kondensat infolge des Eindringens des eingelassenen Gases in den Flohlraum aufgelockert wird, wobei eine möglichst homogene Auflockerung bzw. Verringerung der Schüttdichte des Kondensats im Hinblick auf eine möglichst homogene Oxidation angestrebt wird.

Für die Bestimmung der Schüttdichte gibt es hierbei Normen (z.B. ASTM D 7481), wobei es in dem vorliegenden Zusammenhang nicht so auf Absolutwerte der Schüttdichte ankommt als vielmehr auf relative Änderungen.

Eine Lage der Verdichtungszone nahe dem Einzug der Schnecke, wo die Ankopplungseinheit angekoppelt wird, ist unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft, dass das verdichtete Kondensatmaterial dann eine zu überwindende Barriere für das Oxidationsmittel darstellt, so dass dieses nicht so leicht zur Filtereinrichtung gelangen kann. Eine Anordnung nahe der Auslasseinheit hat den Vorteil, dass dadurch die Standzeit des Sammelbehälters erhöht werden kann, da dadurch das Material in kompaktierterer Form in ihm abgelagert wird. Besonders vorteilhaft ist das Vorsehen einer Verdichtungszone sowohl nahe dem Einzug der Schnecke als auch nahe dem Auslassbereich. In diesem Fall kann sich eine Oxidationszone zwischen den beiden Verdichtungszonen befinden.

Weiter bevorzugt kann die Förderschnecke mehr als eine Oxidationszone aufweisen.

Das Vorhandensein einer Mehrzahl von Oxidationszonen erlaubt es, eine mehrstufige Passivierung bzw. Oxidation der Filterrückstände in der Förderschnecke durchzuführen. Damit kann die Passivierung behutsamer durchgeführt werden, beispielsweise indem ein Oxidationsmittelgehalt einer zugeführten Gasmenge bzw. eine Menge an zugeführtem Oxidationsmittel mit jeder in Förderrichtung nachgelagerten Oxidationszone anwächst. Weiter bevorzugt kann die Förderschnecke entlang der Zylinderachse des Schneckenkerns zumindest eine Durchmischzone aufweisen, in der ein Abschnitt der Förderschnecke entlang der Zylinderachse als Mischer ausgebildet ist.

In der Durchmischzone werden die in die Förderschnecke eingetragenen Filterrückstände mechanisch bewegt. Hierfür kann ein Abschnitt der Schneckenwendel beispielsweise die Gestalt eines Schermischers, insbesondere eines Wendelschermischers, wie er im Stand der Technik bekannt ist, haben. Bei einem Wendelschermischer entsteht durch die engen Spalte zwischen benachbarten Wendelkämmen eine hohe Scherung des Materials, wodurch Agglomerate aufgebrochen werden können (dispersives Mischen) und dadurch bei einer nachfolgenden Oxidation/Passivierung die Zutrittsmöglichkeit des Oxidationsmittels an die Oberflächen der Partikel der Filterrückstände verbessert werden kann.

Wenn der Abschnitt der Schneckenwendel als Zahnscheibenmischer oder Rautenmischer ausgebildet ist, dann kann dadurch eine Oberflächenvergrößerung und eine Umlagerung von Partikeln erreicht werden (distributives Mischen). Natürlich sind bei der Gestaltung des Mischers auch Zwischenformen zwischen den genannten Modellen denkbar. Es versteht sich, dass der Durchmesser des Schneckenkerns entlang des Abschnitts vom Durchmesser des Schneckenkerns in anderen Bereichen der Schnecke abweichen kann.

Desweiteren kann eine Durchmischzone auch dadurch realisiert werden, dass entlang eines Abschnitts der Förderschnecke an der Innenseite des Schneckenrohrs Vorsprünge angeordnet sind und die Schneckenwendel an den Stellen der Vorsprünge durchbrochen ist, damit eine ungehinderte Bewegung der Schneckenwendel möglich ist.

Bevorzugt ist die Durchmischzone nahe bzw. am Einzug der Förderschnecke angeordnet, also dort wo die Filterrückstände in die Förderschnecke eintreten. Es können aber auch mehrere Durchmischzonen vorgesehen werden, beispielsweise auch an jenen Stellen entlang der Längsachse der Schnecke, an denen Oxidationsmittel zugeführt wird. Weiter bevorzugt ist der Einlass an einer Oxidationszone nahe jenem der beiden Enden der Oxidationszone angeordnet, das näher bei der Ankopplungseinheit liegt.

Das über den Einlass zugeführte Oxidationsmittel wird bevorzugt als Bestandteil eines zugeführten Gases zugeführt. Eine Zufuhr in Reinform ist dann möglich, wenn es sich um ein schwaches Oxidationsmittel handelt. Unter Umständen wäre auch eine Zufuhr in flüssiger Form möglich, beispielsweise mittels einer Sprühdüse, die in den Einlass integriert ist. Eine Zufuhr des Oxidationsmittels ist insbesondere in den Bereichen der Strecke sinnvoll, die als Oxidationszonen vorgesehen sind. Eine Zufuhr nahe jenem der beiden Enden der Oxidationszone, das näher bei der Ankopplungseinheit liegt, hat dabei den Vorteil, dass dann während der gesamten Zeitdauer, in der das Kondensatmaterial durch die Oxidationszone gefördert wird, eine Reaktion des Kondensatmaterials mit dem Oxidationsmittel stattfinden kann. Bevorzugt ist die angestrebte Reaktionsdauer größer oder gleich 5 min und/oder kleiner oder gleich 10 min. Die Reaktionsdauer wird sinnvollerweise in Abhängigkeit von der Temperatur im Reaktionsraum, dem Partialdruck des Oxidanten und der Zugänglichkeit des passivierten Materials (lässt sich dies leicht entfernen?) gewählt.

Weiter bevorzugt kann eine Mehrzahl von Einlässen vorhanden sein.

Es ist beispielsweise möglich, eine Mehrzahl von Einlässen längs der Umfangsrichtung der Schnecke bzw. des Schneckenrohrs vorzusehen, z.B. in konstanten Abständen zueinander, also regelmäßig entlang des Umfangs verteilt, wobei auch unterschiedliche Positionen in Richtung der Zylinderachse des Schneckenkerns möglich sind. Dadurch kann das Oxidationsmittel dem Kondensatmaterial möglichst gleichmäßig zugeführt werden, um für eine möglichst homogene Passivierung zu sorgen.

Unabhängig von der Anzahl der Einlässe hat eine Anordnung eines Einlasses am (bezogen auf die Vertikale) unteren Ende des Schneckenrohrs den Vorteil, dass dann das Kondensat durch ein zugeführtes Gas aufgewirbelt wird, wodurch ein besserer Zutritt des Oxidationsmittels zu den Kondensatpartikeln ermöglicht wird. Natürlich kann ein Einlass auch am (bezogen auf die Vertikale) oberen Ende des Schneckenrohrs vorgesehen werden. Insbesondere, aber nicht nur in diesem Fall kann es von Vorteil sein, den Querschnitt des Einlasses klein zu wählen (z.B. zwischen 3 und 5 mm), um dadurch die Geschwindigkeit eines zugeführten Gases zu erhöhen und für einen gleichförmigeren Zutritt des Oxidationsmittels zum Kondensatmaterial zu sorgen.

Weiter bevorzugt kann an jeder vorhandenen Oxidationszone zumindest ein Einlass angeordnet sein.

Wenn jede Oxidationszone mit einem eigenen Einlass versehen ist, dann können den unterschiedlichen Oxidationszonen unterschiedliche Mengen an Oxidationsmittel zugeführt werden, wodurch z.B. eine mehrstufige Oxidation mit stufenweiser Erhöhung der Oxidationsmittelzugabe möglich wird.

Weiter bevorzugt hat der Einlass eine Zylinderform (Zylinderdefinition im mathematischen Sinne), wobei die Längsachse des Zylinders einen von 90° verschiedenen Winkel gegenüber der Wandung des Schneckenrohrs einnimmt. Durch die Neigung des Einlasses kann das zugeführte Oxidationsmittel eine Bewegungskomponente in einer gewünschten Richtung erhalten.

Bei einer bevorzugten Ausführung schließt die Längsachse des zylinderförmigen Einlasses mit der Zylinderachse des Schneckenkerns einen spitzen Winkel ein, so dass das Eingangsende des Einlasses, an dem das Oxidationsmittel dem Einlass zugeführt wird, teilweise oder vollständig in Richtung eines Einzugsbereichs der Förderschnecke, an dem die Ankopplungseinheit angebracht ist, zeigt. Dadurch erhält das zugeführte Oxidationsmittel eine Bewegungskomponente in Förderrichtung. Dies hat den Vorteil, dass ein zugeführtes Oxidationsmittel sich nicht so leicht entgegen der Förderrichtung zur Filtereinrichtung hin bewegen kann. Sofern das Eingangsende des Einlasses nur teilweise in Richtung des Einzugsbereichs der Schnecke zeigt, also der Einlass noch in eine andere Richtung geneigt ist, erhält das Oxidationsmittel auch eine Bewegungskomponente in Umfangsrichtung des Schneckenrohrs, bevorzugt ist dabei die Umlaufrichtung der Schneckenwendel. Dadurch kann unter Umständen die Vermischung mit dem Kondensat (den Filterrückständen) verbessert werden. Weiter bevorzugt können als Energiezufuhreinheit eine Widerstandsheizung und/oder ein Gasdurchlauferhitzer und/oder Heizstrahler und/oder eine Mikrowellenheizung und/oder eine Induktionsheizung und/oder ein Piezoelement vorhanden sein.

Die Widerstandsheizung kann beispielsweise in Gestalt von Heizschlangen um die Außenwand des Schneckenrohrs bzw. einer Heizmanschette an dieser Stelle realisiert sein. Die Regelung der Temperatur an dieser Stelle kann z.B. mittels eines an der Außenwand des Schneckenrohrs angebrachten Thermoelements geschehen. Desweiteren können an der Innenseite des Schneckenrohrs Heizstrahler angebracht sein, die den Schneckenkern und/oder die Schneckenwendel und/oder die Filterrückstände erwärmen. Ferner können der Schneckenkern und/oder die Schneckenwendel und/oder die Filterrückstände (letztere haben bevorzugt einen hohen Gehalt an Metall(-pulver)) auch durch Mikrowellen oder mittels Induktion erwärmt werden. Alternativ oder zusätzlich zur Beheizung der Förderschnecke bzw. der Filterrückstände kann auch das zugeführte Gas erwärmt werden, beispielsweise in Gestalt eines Gasdurchlauferhitzers. Ein im Reaktionsraum angeordnetes Piezoelement kann ebenfalls zum Initiieren einer Oxidationsreaktion zum Einsatz kommen. Auch eine Kombination von mehreren der aufgelisteten Energiezufuhreinheiten ist ohne Weiteres möglich.

Weiter bevorzugt kann der zumindest ein Einlass als gasdurchlässige poröse Fläche in der Wandung der Reaktionskammer ausgebildet sein.

Eine gasdurchlässige poröse Fläche in der Wandung der Reaktionskammer kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass ein Teil der Wandung aus einem Metallvlies, Metallgitter oder einem gesinterten Element besteht. Dadurch kann das Oxidationsmittel über einen größeren Flächenbereich zugeführt werden, wodurch es sich besser im Reaktionsraum verteilen kann.

Es ist vorteilhaft, die gasdurchlässigen porösen Abschnitte dadurch zu realisieren, dass in der Wandung der Reaktionskammer Einsätze vorgesehen werden, die bevorzugt ausgetauscht werden können, wobei jeder Einsatz eine gasdurchlässige poröse Fläche aufweist, die die Wandung der Reaktionskammer ersetzt.

Weiter bevorzugt kann die Ankopplungseinheit als Gasschleuse ausgebildet sein.

Eine Gasschleuse ist dabei gekennzeichnet durch eine Schleusenkammer mit zumindest zwei wechselseitig oder gleichzeitig verschließbaren Verschlüssen, die im geschlossenen Zustand gasdicht sind. Durch das Vorhandensein einer Gasschleuse ist es möglich, für eine Trennung der Gasatmosphären in Filtereinrichtung und Passivierungsvorrichtung zu sorgen, so dass die Gefahr des Eintritts von Oxidationsmitteln aus der Passivierungsvorrichtung in die Filtereinrichtung minimiert wird.

Bevorzugt weist die Energiezufuhreinheit eine Fleizeinrichtung am Einlass zum Erwärmen des Oxidationsmittels auf.

Die Fleizeinrichtung kann beispielsweise an einem optional vorhandenen Zuführungsrohr am Einlass angeordnet sein, insbesondere wenn ein das Oxidationsmittel enthaltendes Gas über den Einlass zugeführt wird. In jedem Fall hat eine Erwärmung des zugeführten Oxidationsmittels nahe dem Einlass, also unmittelbar vor dem Eintritt in die Reaktionseinheit, den Vorteil, dass auf eine thermische Isolierung des Zuführungsrohrs verzichtet werden kann, wie sie bei einem Fierantransport des erwärmten Oxidationsmittels aus größerer Entfernung benötigt würde.

Bei den Fleizelementen kann es sich zum Beispiel um Widerstandsheizungen (Fleizschlangen, etc.), vorzugsweise an der Außenseite des Zuführungsrohrs, oder aber auch um eine Induktionsheizung handeln, welche bei einem Zuführungsrohr aus Metall das zugeführte Gas indirekt aufheizt. Möglich wäre auch die Anordnung einer Anzahl von Fleizstrahlern an einer strahlungstransparenten Außenwand des Zuführungsrohrs. Weiter bevorzugt weist die Energiezufuhreinheit eine Heizeinrichtung an einer Wandung der Reaktionseinheit auf.

Bei den Heizelementen kann es sich zum Beispiel um Widerstandsheizungen (Heizschlangen, etc.), vorzugsweise an der Außenseite der Reaktionseinheit, oder aber auch um eine Induktionsheizung handeln, welche bei einer Wandung der Reaktionseinheit aus Metall das zugeführte Gas indirekt aufheizt. Möglich wäre auch die Anordnung einer Anzahl von Heizstrahlern im Innern der Reaktionseinheit oder an einer, bevorzugt strahlungstransparenten, Außenwand der Reaktionseinheit.

Bevorzugt sollten die Heizelemente so angeordnet sein, dass eine möglichst effektive Beheizung der Filterrückstandspartikel und/oder des Oxidationsmittels dort, wo der Oxidationsvorgang stattfinden soll, möglich ist.

Weiter bevorzugt ist eine Wandung der Reaktionseinheit thermisch isoliert.

Hierbei kann die Wandung selbst aus einem thermisch isolierenden Material bestehen oder aber die Wandung wird von außen mit einem thermisch isolierenden Material (z.B. Glas- oder Steinwolle) bedeckt. Dem Fachmann ist bekannt, dass die thermische Isolation umso besser ist, je vollständiger die Wandung mit einem thermisch isolierenden Material bedeckt ist.

Weiter bevorzugt ist mindestens ein einen Druck und/oder eine Temperatur erfassender Sensor in der Reaktionseinheit.

An dieser Stelle sei betont, dass in der vorliegenden Anmeldung der gesamte zwischen Ankopplungseinheit und Auslasseinheit vorhandene Teil der Passivierungseinrichtung angesehen wird. Ein Sensor muss daher nicht zwangsweise im Reaktionsraum bzw. der Reaktionskammer angeordnet sein, obwohl dies vorteilhaft ist, sondern kann auch in Zuleitungsrohren zum Reaktionsraum bzw. zur Reaktionskammer angeordnet sein. Gesteuert durch von dem Sensor ausgegebene Signale kann beispielsweise der Druck in der Reaktionseinheit geändert oder aber die Menge eines zugeführten Oxidationsmittels erniedrigt oder erhöht werden. Weiter bevorzugt weist die Reaktionseinheit eine zylinderförmige Reaktionskammer auf, wobei die Höhe des Zylinders einen vorgegebenen Mindestwert übersteigt, und der Einlass in der oberen Hälfte einer vertikalen Erstreckung einer Wandung der Reaktionskammer so angeordnet ist, dass bei einem Einleiten eines ein Oxidationsmittel aufweisenden Gases in die Reaktionskammer die Richtung des Gasstroms eine Komponente in Richtung der Schwerkraft aufweist.

Der Vorteil einer zylinderförmigen Reaktionskammer kommt gerade dann zum Tragen, wenn die Zylinderhöhe einen vorgegebenen Mindestwert übersteigt. Der Mindestwert wird dabei so vorgegeben, dass Filterrückstandspartikel beim Durchfallen der Zylinderhöhe sich infolge der Reibung mit der in der Reaktionskammer vorhandenen Gasatmosphäre so stark erhitzen, dass eine Oxidationsreaktion befördert, insbesondere initiiert wird. Durch die Abwärtskomponente des eingeleiteten, ein Oxidationsmittel aufweisenden Gases werden dabei die Filterrückstandspartikel zusätzlich beschleunigt. Dadurch kann erreicht werden, dass die Zylinderhöhe nicht allzu groß gewählt werden muss. Ein vorzugebender Mindestwert kann z.B. durch Vorversuche mit zu passivierenden Filterrückständen ermittelt werden. Es sei noch bemerkt, dass hier die mathematische Definition eines Zylinders zu Grunde gelegt wird, also nicht nur Kreiszylinder umfasst sein sollen. Bevorzugt werden aber gerade Zylinderformen mit einem Verhältnis von Höhe zu Maximaldurchmesser der Grundfläche, das den Wert 3 übersteigt.

Der Vorteil solch einer Passivierungsvorrichtung ist der, dass Filterrückstandspartikel infolge ihrer Aufheizung durch Reibung an dem in der Reaktionskammer vorhandenen Gas, das ein Oxidationsmittel aufweist, im Flug/freien Fall mit dem Oxidationsmittel reagieren können. Dadurch ist eine effektive Reaktion möglich, da ein Angriff des Oxidationsmittels an der Oberfläche der Filterrückstandspartikel erleichtert ist.

Weiter bevorzugt ist der Einlass im Bereich eines Bodens der Reaktionseinheit angeordnet, bevorzugt so, dass beim Einleiten von Gas in die Reaktionseinheit über den Einlass sich am Boden der Reaktionseinheit ansammelnde Filterrückstände aufgewirbelt werden. Eine Anordnung des Einlasses im Bereich des Bodens der Reaktionseinheit ermöglicht eine besonders effektive Verwirbelung, da dann den Filterrückstandspartikeln am Boden der Reaktionseinheit besonders gut eine Bewegungskomponente entgegen der Schwerkraft vermittelt werden kann. Für deine besonders gute Verwirbelung wird das Gas mit einer Strömungsgeschwindigkeit zugeführt, die größer oder gleich 30 m/s und/oder kleiner oder gleich 300 m/s ist.

Durch die Aufwirbelung der Filterrückstände kann eine Oxidation der Filterrückstände gefördert werden, da ein Zutritt des Oxidationsmittels zu den Oberflächen der Filterrückstandspartikel, also insbesondere der Kondensatpartikel, erleichtert wird, mit anderen Worten, ein größerer Teil der Oberfläche oxidiert werden kann.

Ein erfindungsgemäßes System zur Passivierung von Filterrückständen einer in einem Prozessgas-Kreislauf einer additiven Fierstellvorrichtung angeordneten Filtereinrichtung weist auf: eine erfindungsgemäße Passivierungsvorrichtung und einer Filtereinrichtung, die zur Entfernung von Partikeln aus einem eine additive Fierstellvorrichtung durchströmenden Prozessgasstrom geeignet ist, wobei die Filtereinrichtung einen Filterrückstandssammelbereich aufweist, an den die Passivierungsvorrichtung ankoppelbar ist.

Ein Filterrückstandssammelbereich kann hier ein Bereich in der Filtereinrichtung sein, in dem sich Filterrückstandspartikel, insbesondere nach einem Abreinigungsvorgang eines Filterelements in der Filtereinrichtung, ansammeln. In der Regel wird sich ein Filterrückstandssammelbereich im unteren Bereich einer Filtereinrichtung (nahe ihrem Boden) befinden, da dann die Sammlung alleine durch die Ausnutzung der auf die Filterrückstandspartikel wirkenden Schwerkraft erfolgen kann. Die Passivierungsvorrichtung ist daher auch bevorzugt im Bodenbereich der Filtereinrichtung an die Filtereinrichtung angekoppelt.

Bevorzugt kann der Filterrückstandssammelbereich sich zu der Stelle hin, an der die Passivierungsvorrichtung angekoppelt ist, verjüngen. Bevorzugt ist in dem System stromaufwärts der Filtereinrichtung ein Vorfilter oder ein Partikelabscheider, vorzugsweise ein Zyklon zur Abscheidung von Partikeln, deren Durchmesser einen vorgegebenen Wert überschreitet, aus dem Prozessgasstrom, angeordnet.

Durch die Verwendung des Vorfilters wird verhindert, dass zu große Rückstandspartikel, also z.B. in der Baukammer der additiven Herstellvorrichtung durch den Prozessgasstrom aufgewirbelte Pulverpartikel des Aufbaumaterials, in die an der Filtereinrichtung angekoppelte Passivierungseinrichtung gelangen. Alternativ kann eine Vorfilterung auch nahe dem Filterrückstandssammelbereich, also nahe der Stelle stattfinden, an der die Passivierungsvorrichtung an die Filtereinrichtung angekoppelt ist. Bevorzugt werden durch das Vorfilter Filterrückstandspartikel mit einem mittleren Durchmesser, der 1 pm, bevorzugter 500 nm, noch bevorzugter 100 nm, übersteigt, abgesondert und dadurch gehindert, in die Passivierungsvorrichtung zu gelangen.

Eine erfindungsgemäße additive Herstellvorrichtung weist ein erfindungsgemäßes System zur Passivierung von Filterrückständen auf.

Ein erfindungsgemäßer Maschinenpark umfasst eine Mehrzahl additiver Herstellvorrichtungen, und mindestens ein erfindungsgemäßes System zur Passivierung von Filterrückständen, wobei jedem System zur Passivierung von Filterrückständen mindestens zwei additive Herstellvorrichtungen zugeordnet sind, und wobei das mindestens eine System zur Passivierung von Filterrückständen dazu ausgebildet ist, die Filterrückstände der ihm zugeordneten mindestens zwei additiven Herstellvorrichtungen zu passivieren.

Indem einem System zur Passivierung von Filterrückständen mindestens zwei additive Herstellvorrichtungen zugeordnet sind, kann das System besonders effizient arbeiten. Insbesondere ist dann auch eine Filtereinrichtung mindestens zwei additiven Herstellvorrichtungen zugeordnet und ein Prozessgaskreislauf umfasst das die jeweiligen Baukammern der mindestens zwei additiven Herstellvorrichtungen.

Erfindungsgemäß wird eine Passivierungsvorrichtung zur Passivierung von Filterrückständen einer in einem Prozessgas-Kreislauf einer additiven Herstellvorrichtung angeordneten Filtereinrichtung verwendet.

Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Passivierungsvorrichtung wird der Prozessgaskreislauf, insbesondere die Prozessgasströmung durch die additive Herstellvorrichtung, bei einem Umluftbetrieb nicht beeinträchtigt bzw. gestört.

Vielmehr werden Filterrückstände aus der Filtereinrichtung der Passivierungsvorrichtung entweder während der sowieso stattfindenden Filterabreinigungen oder sogar während der Durchströmung der Filtereinrichtung mit Prozessgas zugeführt.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Passivierung von Filterrückständen einer in einem Prozessgas-Kreislauf einer additiven Herstellvorrichtung angeordneten Filtereinrichtung weist folgende Schritte auf:

Einträgen der Filterrückstände von der Filtereinrichtung in eine Reaktionseinheit mittels einer an die Filtereinrichtung ankoppelbaren Ankopplungseinheit,

Verschließen der Reaktionseinheit gegenüber der Filtereinrichtung,

Zuführen eines Oxidationsmittels über einen Einlass in die Reaktionseinheit, Bewirken einer Reaktion zwischen den Filterrückständen und dem Oxidationsmittel in der Reaktionseinheit mittels einer Energiezufuhreinheit und

Öffnen einer Auslasseinheit zum Auslass der passivierten Filterrückstände aus der Reaktionseinheit.

Unter einem Eintrag von Filterrückständen in die Reaktionseinheit mittels der Ankopplungseinheit wird hier das Schaffen einer für Filterrückstände durchgängigen Verbindung zwischen der Filtereinrichtung und der Reaktionseinheit verstanden. Beispielsweise können die Filterrückstände unter Ausnutzung der Schwerkraft oder aber unter Zuhilfenahme einer weiter oben erwähnten Portionierungseinheit in die Reaktionseinheit gelangen. Bevorzugt ist die Ankopplungseinheit an der Unterseite der Filtereinrichtung angekoppelt.

Mit einem Verschließen der Reaktionseinheit gegenüber der Filtereinrichtung ist gemeint, dass der Durchgang für Filterrückstände in der Ankopplungseinheit nach dem Eintrag von Filterrückständen in die Reaktionseinheit verschlossen wird. Es versteht sich, dass vor und während des Eintragens von Filterrückständen in die Reaktionseinheit und während des Zuführens des Oxidationsmittels auch die Auslasseinheit verschlossen sein sollte, um einen Auslass von nicht passivierten Filterrückständen in den Sammelbehälter zu verhindern und andererseits einen unkontrollierten Eintritt von Oxidationsmitteln (insbesondere Sauerstoff) durch die Auslasseinheit in die Reaktionseinheit zu verhindern.

Mit dem Begriff "Bewirken einer Reaktion" ist gemeint, dass eine Reaktion zwischen den Filterrückständen und dem Oxidationsmittel mittels Energiezufuhr in Gang gebracht (initiiert) wird bzw. verstärkt oder beschleunigt wird.

Weiter bevorzugt werden die Filterrückstände unter Verwendung einer Portionierungsvorrichtung eingetragen.

Weiter bevorzugt wird vor dem Einträgen der Filterrückstände aus der Filtereinrichtung der Reaktionseinheit, bevorzugt über den Einlass ein Inertgas zugeführt

Solch ein Spülvorgang der Reaktionseinheit mit einem Inertgas kann insbesondere verhindern, dass beim nächsten Öffnen der Ankopplungseinrichtung für den nächsten Passivierungsvorgang Oxidationsmittel in den Prozessgaskreislauf gelangt.

Weiter bevorzugt wird vor einem weiteren Eintrag von Filterrückständen in die Reaktionseinheit der Reaktionseinheit, bevorzugt über den Einlass, ein Gas mit gleicher Gaszusammensetzung wie das Prozessgas zugeführt

Durch einen Spülvorgang mit einem Gas mit gleicher Gaszusammensetzung wie das Prozessgas kann eine Beeinträchtigung der Prozessgasatmosphäre in der additiven Herstellvorrichtung beim nächsten Öffnen der Ankopplungseinrichtung für den nächsten Passivierungsvorgang verhindert werden.

Weiter bevorzugt werden die Filterrückstände in der Reaktionseinheit während der Reaktion zwischen den Filterrückständen und dem Oxidationsmittel mittels Gaszufuhr aufgewirbelt

Im Grunde kommt es darauf an, die Reaktion zu fördern, weshalb bevorzugt während des gesamten Zeitraums, in dem in der Reaktionseinheit eine Oxidation von Filterrückständen möglich ist, die Filterrückstände aufgewirbelt werden.

Beispielsweise kann die Aufwirbelung an die Dauer des Verschlusses der Ankopplungseinheit und des Verschlusses der Auslasseinheit gekoppelt sein, also so lange aufgewirbelt werden wie Ankopplungseinheit und Auslasseinheit verschlossen sind. Weiter bevorzugt kann eine Mindestdauer der Aufwirbelung von dem Grad der Oxidation der Filterrückstände und deren stofflicher Zusammensetzung abhängig gemacht werden. Solch eine Mindestdauer kann vorab in Tests und/oder einer Simulation ermittelt werden.

Durch die Aufwirbelung der Filterrückstände kann eine Oxidation der Filterrückstände gefördert werden, da ein Zutritt des Oxidationsmittels zu den Oberflächen der Filterrückstandspartikel, also insbesondere der Kondensatpartikel, erleichtert wird, mit anderen Worten, ein größerer Teil der Oberfläche oxidiert werden kann.

Bevorzugt wird das Verfahren unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Passivierungseinheit durchgeführt.

Sofern eine Passivierungseinheit verwendet wird, bei es sich bei der Reaktionseinheit um eine Extruderschnecke bzw. Förderschnecke handelt, kann es Situationen geben, in denen ein Verschluss der Auslasseinheit während des Eintragens von Filterrückständen in die Reaktionseinheit und während des Zuführens des Oxidationsmittels nicht notwendig ist. Weiter bevorzugt weist die Reaktionseinheit eine Extruderschnecke bzw. Förderschnecke auf, deren Drehrichtung und/oder Drehzahl während der Reaktion zwischen den Filterrückständen und dem Oxidationsmittel geändert 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.

Wenn es sich bei der Reaktionseinheit um eine Extruderschnecke handelt, dann kann durch einen Wechsel der Drehrichtung in gleicherweise wie bei einer Aufwirbelung der Filterrückstände mittels eines Gasstroms bewirkt werden, dass ein Zutritt des Oxidationsmittels zu den Oberflächen der Filterrückstandspartikel, also insbesondere der Kondensatpartikel, erleichtert wird und somit die Oxidationsreaktion gefördert wird.

Weiter bevorzugt kann bei dem Verfahren die Förderschnecke als Reaktionskammer ausgebildet und die Förderschnecke einen im Wesentlichen zylinderförmigen Schneckenkern, der von einer Schneckenwendel umgeben ist, aufweisen sowie ein im Wesentlichen zylinderförmiges Schneckenrohr als Wandung der Reaktionskammer.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird eine gepulste Förderung angewendet, also die Drehung des Schneckenkerns und der Schneckenwendel zeitweise unterbrochen. Dabei kann während der Unterbrechungen dem Reaktionsraum weiter Energie durch die Energiezufuhreinheit zugeführt werden. Mit anderen Worten, die Energiezufuhreinheit kann, muss aber nicht ebenfalls gepulst betrieben werden. Bevorzugt überlappen die Gesamtzeitdauer, in der die Schnecke fördert, und die Gesamtzeitdauer, in der die Energiezufuhreinheit Energie zuführt, um mindestens 80%. Ferner kann auch die Drehrichtung der Schnecke zeitweise gewechselt werden, beispielsweise um die Reaktionsdauer der Filterrückstände in der Förderschnecke mit dem Oxidationsmittel zu erhöhen. Solch eine Erhöhung der Reaktionsdauer kann auch durch die Unterbrechungen im gepulsten Betrieb der Schnecke erzielt werden.

Weiter bevorzugt wird mittels der Energiezufuhreinheit das Schneckenrohr und/oder die Schneckenwendel und/oder der Schneckenkern und/oder die Filterrückstände beheizt werden und dabei auf eine Temperatur von mindestens 50 °C, bevorzugt mindestens 60 °C, und/oder höchstens 1000 °C, bevorzugt höchstens 600 °C, besonders bevorzugt höchstens 300 °C gebracht werden.

Zur Überwachung der Temperatur im Reaktionsraum kann eine Anzahl von Thermoelementen bzw. Temperatursensoren außen am Schneckenrohr angebracht sein. Es wäre aber auch z.B. eine pyrometrische Messung der Temperatur des Schneckenkerns und/oder der Filterrückstände denkbar.

Weiter bevorzugt wird die Reaktion zwischen den Filterrückständen und dem Oxidationsmittel durch die Zufuhr eines das Oxidationsmittel enthaltenden Gases bewirkt, welches auf eine Temperatur von mindestens 50 °C, bevorzugt mindestens 60 °C, und/oder höchstens 1000 °C, bevorzugt höchstens 600 °C, besonders bevorzugt höchstens 300 °C gebracht wurde.

Wenn zum Bewirken der Oxidationsreaktion ein temperiertes Gas zugeführt wird, dann kann das Voranschreiten der Reaktion auf einfache Weise durch die Steuerung der Menge des zugeführten, bereits vortemperierten, Oxidationsmittels kontrolliert werden. Die Flöhe der Temperatur kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit vom Material, der Größe und der Gestalt der Kondensatpartikel gewählt werden.

Weiter bevorzugt wird die Reaktion zwischen den Filterrückständen und dem Oxidationsmittel durch die Zufuhr eines das Oxidationsmittel enthaltenden Gases bewirkt, wobei das Gas über zumindest einen Einlass mit turbulentem Freistrahl zugeführt wird, bevorzugt mit einer Strömungsgeschwindigkeit bis 30 m/s zugeführt wird, noch bevorzugter mit einer Strömungsgeschwindigkeit, die größer oder gleich 5 m/s und/oder kleiner oder gleich 20 m/s ist und noch weiter bevorzugt kleiner oder gleich 15 m/s ist.

Hier beeinflusst die Strömungsgeschwindigkeit des Gases die Reaktion zwischen Oxidationsmittel und Filterrückständen insofern, als durch eine höhere Strömungsgeschwindigkeit ein besserer Zutritt des Oxidationsmittels zu den Filterrückständen ermöglicht wird. Andererseits ist eine zu starke Verwirbelung der Filterrückstände bei einer zu hohen Strömungsgeschwindigkeit unerwünscht.

Es sei erwähnt, dass im Falle der Gaszufuhr über eine poröse Fläche eine Zufuhr mit kriechender, laminarer Strömung ebenfalls funktionieren kann, in diesem speziellen Fall also die spezifizierte untere Grenze von 5 m/s auch unterschritten werden kann.

Sofern ein Gasstrom aufgeteilt wird, um dem Reaktionsraum im Innern des Schneckenrohrs über mehrere Einlässe zugeführt zu werden (z.B. mehreren Oxidationskammern), dann sollte darauf geachtet werden, dass die spezifizierte Mindest-Strömungsgeschwindigkeit bei keinem der Einlässe unterschritten wird.

Weiter bevorzugt wird bei dem Verfahren ein Sauerstoff enthaltendes Gas mit einem Sauerstoffanteil zugeführt wird, der größer oder gleich 0 Vol.-%, bevorzugt größer oder gleich 5 Vol.-%, noch bevorzugter größer oder gleich 10 Vol.-% und/oder kleiner oder gleich 21 Vol.-%, bevorzugt kleiner oder gleich 15 Vol.-%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 8 Vol.-% ist.

Sauerstoff eignet sich als Oxidationsmittel gerade deshalb, weil er günstig verfügbar ist und die Steuerung der zugegebenen Menge an Oxidationsmittel über die Steuerung des Sauerstoffanteils in einem über einen Einlass dem Reaktionsraum zugeführten Gas gut funktioniert. Über die Menge des zugeführten Sauerstoffs kann die Passivierungsreaktion gut kontrolliert werden. Beispielsweise kann die Menge an zugeführtem Sauerstoff bzw. der Sauerstoffanteil im zugeführten Gas in Abhängigkeit von der von einem Temperatursensor im Reaktionsraum ermittelten Temperatur geregelt werden. Insbesondere kann durch eine Verringerung des Sauerstoffanteils ein Temperaturanstieg im Reaktionsraum begrenzt werden.

Weiter bevorzugt wird das Verfahren so lange durchgeführt, bis eine Brennzahl der passivierten Filterrückstände kleiner als 3 ist und/oder eine Mindestzündenergie 10mJ überschreitet, bevorzugt 30 mJ überschreitet, besonders bevorzugt die passivierten Filterrückstände nicht explosionsfähig sind. Die Brennzahl (nach VDI 2263-1 ermittelbar) und die Mindestzündenergie (nach EN 13821 ermittelbar) stellen gute Parameter dar, anhand derer abgeschätzt werden kann, inwieweit eine Passivierung stattgefunden hat. Das Ziel ist es dabei, die Filterrückstände so hinreichend zu passivieren, dass sie bei normaler Handhabung nicht mehr reaktiv sind, was durch die spezifizierten Bereiche für die Brennzahl und die Mindestzündenergie der Fall ist.

Falls festgestellt wird, dass die Passivierung für ein vorliegendes Material noch nicht ausreichend ist, so kann das Passivierungsverfahren bevorzugt dahingehend abgeändert werden, dass die durch die Energiezufuhreinheit zugeführte Energie erhöht wird, also z.B. die Temperatur im Reaktionsraum erhöht wird und/oder die Verweildauer des zu passivierenden Materials im Reaktionsraum erhöht wird, also z.B. die Drehzahl der Förderschnecke verringert wird oder deren Drehrichtung zeitweise umgekehrt wird und/oder ein Sauerstoffpartialdruck und/oder eine zugeführte Oxidationsmittelmenge erhöht wird.

Bei einerweiter bevorzugten Vorgehensweise können alternativ oder zusätzlich zu der erwähnten Änderung der Prozessparameter auch Vorrichtungsparameter der Passivierungsvorrichtung geändert werden, um die Verweildauer der Filterrückstände im Reaktionsraum zu erhöhen. Falls z.B. eine Förderschnecke als Reaktionsraum dienen soll, so kann man (insbesondere wenn ein bestimmtes Material passiviert werden soll), deren Geometrie gezielt so auslegen, dass die Verweildauer im Reaktionsraum vergrößert wird (z.B. indem die Länge der Schnecke vergrößert wird und/oder die Gangsteigung verringert wird).

Weiter bevorzugt wird das Verfahren nach dem Ende eines Abreinigungsvorgangs oder während eines Abreinigungsvorgangs eines Filterelements in der Filtereinrichtung durchgeführt. Bevorzugt 30s, bevorzugter 1 Minute noch bevorzugter 2 Minute, noch weiter bevorzugt 5 Minuten, noch weiter bevorzugt 10 Minuten nach dem Ende eines Abreinigungsvorgangs.

Weiter bevorzugt folgt ein Passivierungsvorgang auf eine unmittelbar aufeinanderfolgende Anzahl von Abreinigungsvorgängen. Die Anzahl der Abreinigungsvorgänge kann dabei 2, 3, 5, oder 10 betragen.

Weiter bevorzugt werden Filterrückstände von der Filtereinrichtung in die Reaktionseinheit eingetragen, die frei von Inertisierungsstoffen sind.

Inertisierungsstoffe können hier beispielsweise Gesteinsmehle in der Größenordnung von 1 bis 20 pm sein. Bevorzugt werden hier ausschließlich solche Stoffe als Inertisierungsstoffe angesehen, die bei den bei einem Abreinigungsvorgang maximal auftretenden Temperaturen stets noch nicht in Gasform vorliegen, z.B. Kalk oder Glasmehl bzw. Blähglasgranulat. Durch die Weiterbildung der Erfindung ist es möglich, bei der Abreinigung gänzlich auf Inertisierungsstoffe zu verzichten, die andernfalls einen großen Mengenanteil an den Filterrückständen haben. Zumindest wird es möglich, den Anteil der Inertisierungsstoffe deutlich zu verringern. Dadurch schrumpft die Menge an zu entsorgenden Filterrückständen erheblich.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der

Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform.

Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform. Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform.

Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform.

Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer siebten Ausführungsform.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform.

Fig. 9 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform.

Fig. 10 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform.

Fig. 11 ist eine schematische Darstellung einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform.

Fig. 12 ist eine schematische Darstellung, die eine besondere Ausgestaltung der Einlässe an einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform veranschaulicht.

Fig. 13 ist eine schematische Darstellung, die eine besondere Ausgestaltung der Schneckenwendel an einer Passivierungsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform veranschaulicht.

Fig. 14 zeigt eine Ausgestaltung der Ankopplungseinheit als Gasschleuse in Kombination mit der elften Ausführungsform. Fig. 15 zeigt Beispiele von Mischern, die als Vorbild für einen als Mischer ausgestalteten Abschnitt der Schneckenwendel dienen können.

Bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung werden der Aufbau und die Funktionsweise einer additiven Fierstellvorrichtung nicht im Detail beschrieben, da sie im Stand der Technik beschrieben sind, beispielsweise in EP 2978589 B1.

Es wird nachfolgend auf eine Filtereinrichtung 1 Bezug genommen, die zur Entfernung von Partikeln aus einem in der additiven Fierstellvorrichtung verwendeten Prozessgasstrom eingesetzt wird. Zu diesem Zweck befindet sich die Filtereinrichtung 1 in einem geschlossenen Prozessgaskreislauf, wobei das Prozessgas bevorzugt über die Bauebene, also die Oberfläche einer Aufbaumaterialschicht, auf die die elektromagnetische Strahlung oder Teilchenstrahlung auftrifft, um das Aufbaumaterial an dem Querschnitt des herzustellenden Objekts in der Bauebene entsprechenden Stellen aufzuschmelzen, geleitet wird. Weiterhin werden in der nachfolgenden Beschreibung Details der Filtereinrichtung nicht näher beschrieben. Dem Fachmann ist der grundsätzliche Aufbau einer Filtereinrichtung bekannt. Hier ist bezüglich der Filtereinrichtung nur von Belang, dass diese vom Prozessgas durchströmt wird und ein Filterelement enthält, an dem sich im Prozessgas enthaltende Partikel absetzen. Ferner wird noch angenommen, dass die Filtereinrichtung 1 einen Auslassbereich aufweist, an dem die aus dem Prozessgasstrom heraus gefilterten Partikel als Filterrückstände von der Passivierungsvorrichtung entgegengenommen werden können, beispielsweise nach oder während einem Abreinigungsvorgang des Filterelements wie er in DE 102014207 160 A1 beschrieben ist.

Erste Ausführungsform

Die in Fig. 1 gezeigte Passivierungsvorrichtung 100 gemäß einer ersten Ausführungsform ist an der erwähnten Filtereinrichtung 1 so angebracht, dass Filterrückstände, nachfolgend auch einfach als Partikel bezeichnet, aus dem Partikelsammelbereich der Filtereinrichtung 1 in die Passivierungsvorrichtung 100 eintreten können. In anderen Worten, die Passivierungsvorrichtung 100 ist nahe dem Partikelsammelbereich der Filtereinrichtung 1 an der Filtereinrichtung 1 angebracht. In Fig. 1 sammeln sich beispielhaft die im Filterelement zurückgebliebenen Partikel 12 am Boden der Filtereinrichtung 1, wo die Passivierungsvorrichtung 100 angekoppelt ist. Damit die Partikelsammlung bzw. Partikelbereitstellung erleichtert wird, ist in der Filtereinrichtung 1 der Partikelsammelbereich trichterförmig ausgebildet, was auch den Austrag von Partikeln verlangsamt.

Es sei erwähnt, dass insbesondere sehr kleine Partikel (z.B. Metallkondensat) eine hohe Reaktionsneigung aufweisen, so dass aus Effizienzgründen in bevorzugten Ausgestaltungen der ersten Ausführungsform lediglich Partikel bis zu einer gewissen Größe für die Passivierungsvorrichtung 100 bereitgestellt werden, beispielsweise indem größere Partikel mittels eines der Filtereinrichtung stromaufwärts vorgeschalteten Zyklonabscheiders, in dem eine Trennung zwischen großen und kleinen Partikeln stattfindet, ausgesondert werden. Beispielsweise kann ein Sieb so gewählt werden, dass die Maximalgröße der der Passivierungsvorrichtung 100 bereitgestellten Partikel bei 100 nm, bevorzugt 50 nm, liegt.

Die Passivierungsvorrichtung 100 ist an der Partikelzufuhrseite mittels einer Ankopplungseinheit bzw. Schleuse 2 an der Filtereinrichtung 1 angekoppelt. Bei der Schleuse 2 handelt es sich um einen Verschluss (Schlitzverschluss, Irisblende, Flachschieber, Schwenkschieber, Drehklappen, Kammerschleusen, Segmentverschluss, o.ä.), weicher einen Material- und Gasaustausch zwischen der Filtereinrichtung 1 und der Passivierungsvorrichtung 100 unterbinden kann. Bevorzugt ist die Schleuse 2 im geschlossenen Zustand in der Lage, einen im Vorhinein spezifizierten maximalen Druckunterschied zwischen der Filtereinrichtung 1 und der Passivierungsvorrichtung 100 zu gewährleisten. In anderen Worten, die Schleuse 2 ist bis zu einem im Vorhinein spezifizierten Wert eines Differentialdrucks gasdicht.

Bevorzugt enthält die Schleuse 2 weiterhin eine Portioniereinrichtung (nicht dargestellt), mittels welcher definierte Partikelmengen der Passivierungsvorrichtung 100 zugeführt werden können. In anderen Worten, bevorzugt wird die Maximalmenge der bei einem Öffnen der Schleuse 2 der Passivierungsvorrichtung 100 zugeführten Partikel mittels einer Portioniereinrichtung begrenzt. An der Ausgangsseite der Passivierungsvorrichtung 100 ist eine Auslasseinheit bzw. Ausgangsschleuse 8 vorgesehen. Bei dieser handelt es sich um einen Verschlussmechanismus, der in geöffnetem Zustand einen Austritt von passivierten Partikeln in einen Auffangbehälter 11 ermöglicht. Bevorzugt ist die Ausgangsschleuse 8 in der Lage, die Passivierungsvorrichtung 100 gasdicht gegenüber der Umgebung der Passivierungsvorrichtung 100 und/oder dem Auffangbehälter 11 abzuschließen. Besonders bevorzugt ist die Ausgangsschleuse 8 in der Lage, einen im Vorhinein spezifizierten Differentialdruck gegenüber der Umgebung der Passivierungsvorrichtung 100 und/oder dem Auffangbehälter 11 aufrecht zu erhalten.

Gemäß der ersten Ausführungsform werden die Partikel aus der Filtereinrichtung 1 , nachfolgend auch als Kondensat bezeichnet, dadurch passiviert, dass sie einer kontrollierten Oxidation unterworfen werden. Hierzu weist die Passivierungsvorrichtung 100 eine Reaktionskammer 4 auf, welche aus einem temperaturbeständigen Material ausgebildet ist. Beispielsweise besteht die Wandung aus Stahl oder einer Nickelbasislegierung (z.B. Inconel) und ist optional auf der Innenseite mit einer Beschichtung versehen, die eine Reaktion zwischen den Partikeln und der Wandung beeinträchtigt bzw. verhindert. Um einer während des Passivierungsvorgangs möglicherweise auftretenden Druckzunahme im Innern der Reaktionskammer 4 widerstehen zu können, ist die Wandstärke der Reaktionskammer nicht zu gering gewählt und liegt beispielsweise für Stahl im Bereich von 5 bis 30 mm, bevorzugt bei ca. 10 mm.

Weiterhin weist die Passivierungsvorrichtung 100 einen Einlass 6, beispielhaft in Gestalt eines Zuleitungsrohrs, auf, über den ein Oxidationsmittel dem Innern der Reaktionskammer 4 zugeführt werden kann. Das Oxidationsmittel kann gasförmig in Form von Luft, Sauerstoff oder einem Gemisch aus Luft/Druckluft und Inertgas (z.B. Stickstoff oder Argon) zugeführt werden. Gemäß der ersten Ausführungsform wird über den Einlass 6 ein bereits auf eine gewisse Temperatur vorgeheiztes Gas der Reaktionskammer 4 zugeführt. Beispielsweise können zur Vorheizung an dem Zuleitungsrohr Heizelemente 15 angebracht sein. Bei diesen kann es sich zum Beispiel um Widerstandsheizungen (Heizschlangen, etc.) oder aber auch um eine Induktionsheizung handeln, welche bei einem Zuleitungsrohr aus Metall das zugeführte Gas indirekt aufheizt. Je nach Beschaffenheit der Partikel (des Metallkondensats) kann eine Oxidationsreaktion mit unterschiedlicher Temperatur des zugeführten Gases herbeigeführt werden. Lediglich beispielhaft kann das zugeführte Gas ein Sauerstoff/Stickstoffgemisch mit 10%igem Sauerstoffanteil (Vol.-%) sein, das auf ca. 500°C, bevorzugt 300°C erhitzt wird. Für den Sauerstoffanteil ist ein Wert zwischen 0 und 21 Vol.-%, bevorzugt 3-10 Vol.-%, noch bevorzugter 6 bis 7 vol.-% denkbar. Denkbar sind Temperaturen zwischen 0°C und 1000°C.

Bevorzugt wird das Gas über den Einlass 6 mit hohem Druck und hoher Strömungsgeschwindigkeit zugeführt, um die sich am Boden der Reaktionskammer sammelnden Kondensatpartikel aufzuwirbeln und dadurch eine bessere Durchmischung von Oxidationsmittel und Partikeln zu bewirken. Es sei betont, dass die Aufheizung des zugeführten Gases über den Einlass 6 nicht zwingend über am Zuleitungsrohr angebrachte Heizelemente erfolgen muss, sondern auch in anderer Weise für eine Aufheizung gesorgt werden kann, bei der dann das heiße Gas (z.B. über ein thermisch isoliertes Zuleitungsrohr) der Reaktionskammer 4 zugeführt wird.

Da es bei der Oxidationsreaktion abhängig vom Reaktionsverlauf zu einem Über- oder Unterdrück in der Reaktionskammer 4 gegenüber der Umgebung der Passivierungsvorrichtung 100, der Filtereinrichtung 1 oder dem Sammelbehälter 11 kommen kann, weist die Reaktionskammer 4 bevorzugt ein Ausgleichsventil 3 auf, welches für einen Druckausgleich gegenüber der Umgebung, der Filtereinrichtung oder dem Sammelbehälter sorgen kann.

Optional ist die Passivierungsvorrichtung 100 von der Filtereinrichtung 1 abtrennbar, so dass die Passivierungsreaktion nicht im angeflanschten Zustand stattfinden muss, sondern an einem anderen Ort stattfinden kann. Gerade wenn aber das im Filterelement anfallende Kondensat portionsweise passiviert (oxidiert) wird, bietet es sich an, die Passivierungsvorrichtung 100 in einem Zustand zu betreiben, in dem sie (bei geschlossener Schleuse 2) an der Filtereinrichtung 1 angebracht ist. Ein beispielhafter Betrieb der Passivierungsvorrichtung 100 kann so aussehen, dass, wie bereits erwähnt, in regelmäßigen Abständen der Passivierungsvorrichtung 100 eine Portion (vordefinierte Maximalmenge) der im Filterelement angesammelten/bereitgestellten Partikel zugeführt wird. Zur Zufuhr einer vordefinierten Menge an Partikeln bzw. Kondensat wird die Schleuse 2 geöffnet, so dass Partikel in die Reaktionskammer 4 eintreten können. Anschließend wird ein ein Oxidationsmittel aufweisendes Gas über den Einlass 6 der Reaktionskammer 4 zugeführt. Da das zugeführte Gas auf eine hohe Temperatur aufgeheizt wurde, kann eine Oxidation in Abhängigkeit von einer gewählten Sauerstoffkonzentration hinreichend schnell ablaufen. Nach einer gewissen Wartezeit, bei der es sich um einen durch Vorversuche ermittelten Erfahrungswert handelt oder nach einem beobachteten Druck- und/oder Temperaturanstieg in der Reaktionskammer 4 kann dann durch Öffnen der Schleuse 8 das passivierte Kondensat einschließlich eventuell noch vorhandener Begleitstoffe in den Sammelbehälter 11 fallen. Der Sammelbehälter 11 kann dann nach einer Vielzahl von Passivierungsvorgängen zur Entsorgung bzw. Weiterverarbeitung des passivierten Materials von der Passivierungsvorrichtung 100 abgetrennt werden.

Nach Entfernen der passivierten Partikel aus der Reaktionskammer 4 kann diese vor der Entgegennahme eines weiteren Batches (einer weiteren Portion von Partikeln) aus der Filtereinrichtung mit Inertgas (bevorzugt derselben Gaszusammensetzung wie die Prozessgasatmosphäre) über den Einlass 6 geflutet werden.

Der beschriebene Oxidationsvorgang kann besser ablaufen, wenn der Einlass 6 nahe dem Boden der Reaktionskammer 4 angebracht ist, so dass beim Eintritt des zugeführten, ein Oxidationsmittel enthaltenden Gases sich am Boden der Reaktionskammer 4 ansammelndes Kondensat aufgewirbelt wird und im Fluge oxidiert wird.

Zweite Ausführungsform

Die zweite Ausführungsform der Erfindung ist sehr ähnlich der ersten Ausführungsform, weshalb im Folgenden lediglich die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform beschrieben werden. Alle in Bezug auf die erste Ausführungsform erwähnten Variationsmöglichkeiten der Erfindung gelten in gleicher Weise für die zweite Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die Schleuse nicht unmittelbar zwischen der Reaktionskammer 4 und dem Sammelbehälter 11 angebracht ist. Vielmehr ist zwischen der Schleuse 8 und dem Sammelbehälter 11 eine Fördereinrichtung 9 (beispielsweise eine Förderschnecke oder Extruderschnecke) angeordnet. Diese Fördereinrichtung 9 kann das passivierte Material, bevor dieses in den Sammelbehälter 11 gelangt, verdichten. Dadurch muss der Sammelbehälter 11 nicht so häufig gewechselt werden und zwischen den Tauschvorgängen des Sammelbehälters kann eine größere Anzahl an

Passivierungsvorgängen/Oxidationsvorgängen liegen. Ferner gestattet der Einsatz der Fördereinrichtung 9 mehr Freiheiten bei der Wahl des Aufstellortes des Sammelbehälters 11. Als weiteres Beispiel für eine Fördereinrichtung wäre an eine Pneumatikförderung im Rohr zu denken.

Dritte Ausführungsform

Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform darin, dass die Passivierung der Partikel bzw. des Kondensats nicht in einer Reaktionskammer sondern in einer Förderschnecke bzw. Extruderschnecke stattfindet. Bei der in Fig. 3 gezeigten Passivierungsvorrichtung 300 gemäß der dritten Ausführungsform gelangen die Partikel aus der Filtereinrichtung 1 unmittelbar in den Bereich der Förderschnecke, wobei optional der Bereich der Förderschnecke 19 von der Filtereinrichtung 1 durch eine nicht gezeigte Schleuse getrennt sein kann, welche wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform bevorzugt gas- und druckdicht ausgebildet ist. Bevorzugt werden dabei die Partikel der Förderschnecke von oben, also unter Ausnutzung der Schwerkraft zugeführt. Dies erleichtert die Zufuhr insbesondere, wenn die Rieselfähigkeit der Partikel beeinträchtigt ist, diese also aneinander haften. Unter Umständen ist es sinnvoll, am Ausgang der Filtereinrichtung 1 bzw. am Eingang der Förderschnecke 19 mittels einer Vibrationsvorrichtung für eine bessere Passage der Partikel zu sorgen. Mittels des Antriebsmotors 29 wird die Schnecke 19 in eine Rotation versetzt, durch welche Material vom Einzugsbereich nahe der Filtereinrichtung 1 zum Sammelbehälter 11 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 Kondensats aus der Schnecke die Schwerkraft zunutze, d.h. ein entsprechender Auslass in den Sammelbehälter befindet sich dann nicht horizontal am Ende der Schnecke, wie in Fig. 3 gezeigt, sondern ist dann an der Unterseite der Schnecke angeordnet.

Über einen Einlass 16 kann dem Kondensat, das 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.

Zur Flerbeiführung einer kontrollierten Oxidation ist die Schnecke von Fleizelementen 35 umgeben, die das Kondensat-Gas-Gemisch aufheizen, wobei die Oxidationsgeschwindigkeit über die Temperatur und die Sauerstoffkonzentration eingestellt wird. Bei dieser Art der Passivierung 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 (Kondensat bzw. Partikel) weiter in Richtung des Sammelbehälters 11 transportiert und dabei verdichtet, beispielsweise indem die Förderschnecke nahe dem Sammelbehälter 11 eine geringere Gangtiefe und/oder geänderte Gangtiefe aufweist als nahe der Filtereinrichtung 1. Bevorzugt erhöht sich dabei die Schüttdichte des Materials um einen Faktor zwischen 2 und 10, typischerweise um den Faktor 3. Weiterhin kann eine optionale Düse 28 am Auslass der Extruderschnecke 19 für eine zusätzliche Verdichtung des passivierten Kondensats 22, das in den Sammelbehälter 11 entlassen wird, sorgen. Bei einer Variante der dritten Ausführungsform dreht sich die Förderschnecke nicht beständig in einer Richtung, sondern mittels des Antriebs 29 wird die Drehrichtung zeitweise geändert, um dadurch für eine mechanische Aufwirbelung des Kondensats in der Förderschnecke 19 zu sorgen, wodurch eine bessere Oxidationsreaktion möglich ist.

Im Grunde ist mit der Passivierungsvorrichtung 300 eine kontinuierliche Zufuhr von Partikeln aus der Filtereinrichtung 1 in die Passivierungsvorrichtung 300 möglich. Die Ausgestaltung des Schneckengewindes kann dafür sorgen, dass die Menge der zugeführten Partikel begrenzt wird. Ferner ist der Einlass 16, über den ein Oxidationsmittel zugeführt wird, von dem Ausgang der Filtereinrichtung 1 hinreichend weit beabstandet, um einen Eintritt des Oxidationsmittels in die Filtereinrichtung 1 zu vermeiden (z.B. 100 mm). Natürlich kann aber durch das Vorsehen einer Schleuse 2, die eine Portioniereinrichtung enthält, für eine kontrolliertere Passivierung gesorgt werden.

Optional wird das Material (Partikel oder Kondensat) in der Extruderschnecke 19 nicht mittels einer kontrollierten Oxidation, sondern dadurch passiviert, dass über den Einlass 16 ein Bindemittel, das das Kondensat umschließt, zugegeben wird. Bei diesem Bindemittel kann es sich beispielsweise um ein Kunststoffgranulat oder abbindende/erstarrende Materialien (z.B. Wasserglas) handeln. Durch die Aufheizung in der Förderschnecke kann dann beispielsweise das Kunststoffgranulat aufschmelzen und als Folge das Metallkondensat umschließen. Das passivierte Material 22 könnte dann beispielsweise als Werkstoff für andere Industrien, die eine Verwendung für kunststoffumhülltes Metall haben, verwendet werden.

Weiterhin ist es auch möglich, die dritte Ausführungsform mit der ersten oder zweiten Ausführungsform zu kombinieren, beispielsweise indem eine zweistufige Passivierung stattfindet, zuerst in der Reaktionskammer 4 und danach in der Extruderschnecke 19. An dieser Stelle sei auch angemerkt, dass die erfindungsgemäße Passivierung auch mehrstufig erfolgen kann, indem die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung beschriebenen Passivierungsvorrichtungen in beliebiger Weise hintereinandergeschaltet werden. Bei solch einer mehrstufigen Passivierung kann besonders schonend passiviert werden im Falle von hochreaktiven Materialien. Beispielsweise können jeweils nur geringe Mengen eines Oxidationsmittels in den einzelnen hintereinandergeschalteten Passivierungsvorrichtungen zugegeben werden. Vierte Ausführungsform

Fig. 4 zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfindung, die ähnlich der zweiten Ausführungsform ist, weshalb sich die nachfolgende Beschreibung auf die Unterschiede gegenüber der zweiten Ausführungsform konzentriert. Bei der Passivierungsvorrichtung 400 gemäß der vierten Ausführungsform wird zum Starten der Oxidationsreaktion nach Zugabe des Oxidationsmittels in die Reaktionskammer 4 ein in Fig. 4 gezeigtes, in der Reaktionskammer angebrachtes Zündelement 5 gezündet, um zusätzliche Energie einzubringen. Bei dem Zündelement 5 kann es sich um einen Glühdraht, eine Glühkerze, eine Zündkerze oder ein Piezoelement handeln. Nach Reaktionsstart schreitet dann die Oxidationsreaktion von selbst voran, indem entstehende Reaktionswärme die Reaktion am Laufen hält. Zur besseren Kontrolle der Reaktion ist ein Sensor 7 bestehend aus einem Druck- und/oder Temperatursensor an/in der Reaktionskammer 4 angebracht. Gesteuert durch von dem Sensor 7 ausgegebene Signale kann beispielsweise das Ausgleichsventil 3 betätigt werden, um den Druck in der Reaktionskammer 4 zu ändern oder aber um die Zufuhr des Oxidationsmittels zu erniedrigen oder zu erhöhen.

Bei dieser Ausführungsform muss das zugeführte gasförmige Oxidationsmittel nicht unbedingt vorgeheizt werden, auch wenn prinzipiell eine zusätzliche Vorheizung des Oxidationsmittels möglich ist. Weiterhin kann das Oxidationsmittel auch in fester oder flüssiger Form über den Einlass 6 zugeführt werden.

Bevorzugt wird unabhängig davon, ob das Oxidationsmittel in Gasform zugeführt wird, der Reaktionskammer 4 ein Gasstrom über den Einlass 6 zugeführt, um sich am Boden der Reaktionskammer ablagernde Kondensatpartikel aufzuwirbeln und so für eine bessere Reaktion zwischen dem Oxidationsmittel und den Kondensatpartikeln zu sorgen. Der Einlass 6 ist daher bevorzugt nahe dem Boden der Reaktionskammer 4 angebracht. Der Ablauf des Passivierungsvorgangs ist so, wie er in Zusammenhang mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde. Bei einem in Gasform zugeführten Oxidationsmittel sollte der Sauerstoffgehalt des zugeführten Gases zwischen 0 und 21 Vol.-% eingestellt werden, bevorzugt zwischen 3 und 10 Vol.-%, noch bevorzugter zwischen 5 und 8 Vol.-%. Es ist zu erwarten, dass durch die ablaufende Oxidationsreaktion ein Unterdrück in der Reaktionskammer 4 entsteht, da Sauerstoff aus der Gasatmosphäre entfernt wird. Sofern jedoch die Reaktion mit hoher Geschwindigkeit abläuft, wird sich das Gas stark erwärmen und ausdehnen, was zu einem Überdruck führt. Bevorzugt wird daher zur Steuerung der Reaktion die Sauerstoffkonzentration des zugeführten Gases abgeändert.

Bevorzugt wird die Reaktionskammer thermisch isoliert, indem sie mit einem nicht brennbaren Material, z.B. Glas- oder Steinwolle, umgeben wird. Es sei noch erwähnt, dass das Ausgleichsventil 3 bevorzugt ein Sinterfilter bzw. eine Sinterkerze aufweisen sollte, um zu verhindern, dass bei einem Druckausgleich Kondensatpartikel das System/die Reaktionskammer 4 verlassen.

Fünfte Ausführungsform

Die fünfte Ausführungsform ist ähnlich der ersten Ausführungsform. Die nachfolgende Beschreibung konzentriert sich daher auf die Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform.

Wie anhand von Fig. 5 ersichtlich ist, weist bei der fünften Ausführungsform die Reaktionskammer 14 eine Zylindergestalt auf. Weiterhin erkennt man, dass ein Einlass 6 nicht am Boden der Reaktionskammer 14 angeordnet ist, sondern in der oberen Hälfte derselben und zwar so, dass das zugeführte Gas eine entgegen der Richtung der Schwerkraft gerichtete Bewegungskomponente aufweist. Durch die beschriebenen Unterschiede wird Folgendes bewirkt:

Die zylinderförmige Reaktionskammer 14 weist eine größere vertikale Ausdehnung auf als die Reaktionskammer 4. Beispielsweise weist die Länge/Flöhe des Zylinders mindestens den dreifachen Wert seines Maximaldurchmessers senkrecht zu seiner Längsachse auf. Durch die infolge der Höhe des Zylinders vorgegebene große Fallhöhe kann die Oxidation im Flug während des Herabsinkens der Filterrückstandspartikel bewirkt werden. Das durch den Einlass 6 zugeführte Gas kann die Durchmischung und damit Reaktionsgeschwindigkeit der Kondensatpartikel infolge der Strömungsrichtung des Gases noch zusätzlich erhöhen. Eine Verringerung der zugeführten Wärmeenergie ist möglich, wenn, wie in Fig. 5 gezeigt, die Reaktionskammer 14 noch zusätzlich mit einer thermischen Isolierung, z.B. nicht brennbarer Glas- oder Steinwolle, versehen wird. Eine Passivierungsvorrichtung 500 gemäß der fünften Ausführungsform wird in gleicherweise betrieben, wie die Passivierungsvorrichtungen der anderen Ausführungsformen. Insbesondere kann die Passivierungsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform auch noch mit einer Fördereinrichtung 9 versehen sein, wie es bei der zweiten Ausführungsform der Fall ist.

Sechste Ausführungsform

Eine in Fig. 6 gezeigte sechste Ausführungsform der Erfindung ist sehr ähnlich der fünften Ausführungsform. Im Unterschied zur fünften Ausführungsform muss das ein Oxidationsmittel enthaltende Gas, welches über den Einlass 6 zugeführt wird, nicht unbedingt über am Zufuhrrohr angebrachte Fleizelemente erwärmt werden. Gemäß der sechsten Ausführungsform sind an der Außenseite der Reaktionskammer Fleizelemente 25 angebracht, bei denen es sich wiederum um Widerstandsheizungen bzw. Induktionsheizelemente handeln kann. Natürlich ist es auch möglich, sowohl eine Beheizung der Reaktionskammer als auch ein vorgeheiztes zugeführtes Gas mit einem Oxidationsmittel zu verwenden, was einer Kombination von fünfter und sechster Ausführungsform entspricht.

Siebte Ausführungsform

Die siebte Ausführungsform ist sehr ähnlich der dritten Ausführungsform, weshalb sich die nachfolgende Beschreibung auf die Unterschiede gegenüber der dritten Ausführungsform konzentriert. Bei einer Passivierungsvorrichtung 700 gemäß einer siebten Ausführungsform wird das Oxidationsmittel den Kondensatpartikeln nicht im Bereich der Förderschnecke 9 zugeführt, sondern erst am Ende der Schnecke/Fördereinrichtung 9 nach der Düse 28. Die Passivierungsvorrichtung gemäß der siebten Ausführungsform weist daher einen Einlass 26 am zum Sammelbehälter 31 gerichteten Ende der Förderschnecke auf. Ein ein Oxidationsmittel aufweisender Gasstrahl wird dabei über den Einlass 26 auf das die Schnecke verlassende Metallkondensat gerichtet, um in diesem Bereich für eine Oxidation des Metallkondensats zu sorgen.

Infolge der Verdichtung der Kondensatpartikel am Ausgang der Schnecke ist eine Reaktionsneigung herabgesetzt, so dass eine Oxidationsreaktion kontrolliert ablaufen kann. Dennoch kann der Sammelbehälter 31 bei der siebten Ausführungsform mit einer Wandung versehen werden, die temperatur- und druckstabil ist, ähnlich wie es für die Reaktionskammer 4 spezifiziert wurde. Bevorzugt sollte bei der siebten Ausführungsform das ein Oxidationsmittel aufweisende Gas in vorgeheiztem Zustand zugeführt werden, auch wenn entsprechende Heizelemente nicht in Fig. 7 gezeigt sind.

Ähnlich wie bei der dritten Ausführungsform kann gemäß der siebten Ausführungsform gleichzeitig eine Oxidation (Passivierung) und Kompression der Kondensatpartikel stattfinden. Ebenfalls kann sowohl kontinuierlich als auch portionsweise (batchweise) gearbeitet werden.

Wie bei der dritten Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich ein Bindemittel den Kondensatpartikeln über einen zusätzlichen, nicht in der Figur gezeigten Einlass an der Schnecke 9 (ähnlich dem Einlass mit dem Bezugszeichen 16 in Fig. 3) zugeführt werden.

Achte Ausführungsform

Die achte Ausführungsform wird anhand von Figur 8A und 8B erläutert. Bei der in Fig. 8A gezeigten Variante der achten Ausführungsform ist ein beispielhafter Ablauf des Passivierungsvorgangs folgendermaßen:

Eine gewisse Zeitspanne (ca. 10 Minuten) vor einem Abreinigungsvorgang eines Filterelements in der Filtereinrichtung wird die Reaktionskammer 24 (z.B. ein temperaturstabiler Zylinder mit ca. 15 cm Innendurchmesser) über die Ventile 66 oder 67 mit N2 oder Argon geflutet. Dabei ist das Ausgangsventil 84 geöffnet. Die Reaktionskammer soll bevorzugt ca. das 2,5-fache Volumen des bei dem Abreinigungsvorgang zu erwartenden abgestoßenen Filterkuchen haben. In der Zeitspanne vor einem Abreinigungsvorgang sollte bevorzugt in etwa das 10-fache Volumen des Reaktorraumes (bzw. der Reaktionskammer 24) mit N2 oder Argon gespült werden. Der Gasfluss muss ausreichend sein, in der Reaktionskammer eine turbulente Strömung zu erzeugen.

Kurz vor der Filterabreinigung werden die Ventile 66 und 67 geschlossen und die Klappe 2 geöffnet. Anschließend wird der Filter in der Filtereinrichtung 1 abgereinigt. Einige Sekunden (z.B. 5 Sekunden) nach dem Abreinigungsdruckstoß wird die Klappe 2 geschlossen und über das Ventil 65 Druckluft in das System geleitet. Gleichzeitig wird ein Energiezufuhrelement 85 (Piezoelement oder Fleizstab erhitzt). Nach 30 Minuten wird die Auslasseinheit (Klappe) 8 für ca. fünf Sekunden geöffnet und die Ventile 65 und 84 geschlossen. Über ein Absaugrohr 80 können dann die passivierten Kondensatpartikel/Filterrückstände mit einem Staubsauger aus dem Sammelbehälter 11 entfernt werden. Anschließend wird die Reaktionskammer über die Ventile 66 oder 67 mit dem ca. 5-fachen Kammervolumen geflutet.

Der Vorteil dieser Variante der achten Ausführungsform besteht darin, dass durch die getrennten Ventile 65, 66 und 67 es möglich ist, in einfacherWeise Gasmischungen der Reaktionskammer zuzuführen. Weiterhin kann dadurch z.B. eine überhöhte Zufuhr eines Oxidationsmittels über das Ventil sofort durch eine Zufuhr von Inertgas über eines der Ventile 66 und 67 kompensiert werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Variante der achten Ausführungsform ergibt sich aus der kompakten Bauweise der Passivierungsvorrichtung, bei der eine kleine Reaktionskammer verwendet werden kann.

Bei der in Fig. 8B gezeigten Variante der achten Ausführungsform ist ein beispielhafter Ablauf des Passivierungsvorgangs folgendermaßen:

Vor der Filterabreinigung wird die Sammelschleuse 88 mit dem 10-fachen Volumen über die Ventile 118 und 128 entweder mit N2 oder Argon bei geöffnetem Auslass 10 geflutet. Die Ventile 108, 118, 128 werden geschlossen und die Klappe 82a geöffnet, die Filter abgereinigt und die Klappe 82a geschlossen. Nach ca. 5 Sekunden wird Klappe 82b für ca. 5 Sekunden geöffnet und über das Ventil 65 Druckluft bei geöffnetem Auslass 84 eingeleitet sowie Energiezufuhrelement 85 (Piezoelement oder Heizstab) eingeschaltet. Nach 30 Minuten werden alle Ventile geschlossen und die passivierten Kondensatpartikel/Filterrückstände über die Auslasseinheit 8 in den Sammelbehälter n entleert.

Der Vorteil der zweiten Variante der achten Ausführungsform besteht darin, dass die Funktionen der Klappe 2 (Gasdichtheit und Materialdichtheit) auf zwei Klappen verteilt werden können. Während die eine Klappe für Gasdichtheit sorgt, sorgt die andere Klappe für Materialdichtheit. Im Hinblick auf die in der Reaktionskammer möglichen erhöhten Temperaturen und Drücke sind dadurch die Anforderungen an das Material bei der Abdichtung der Klappen nicht mehr so hoch. Die Ventile 66 und 67 können je nach Gasdichtigkeit der Klappe 82b entfallen. Da in der Sammelschleuse 88 Filterrückstände zwischengelagert werden können, können diese von dort z.B. über eine Portionierungseinrichtung in kleinen Mengen für einen Passivierungsvorgang bereitgestellt werden.

Neunte Ausführungsform

Eine neunte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 9 beschrieben.

Die Schleuse 2 und die Auslasseinheit 8 können in gleicherweise ausgestaltet sein wie bei den anderen Ausführungsformen. Bei einem beispielhaften Passivierungsvorgang ist zunächst die Schleuse 2 geöffnet und die Auslasseinheit 8 geschlossen. Kondensatpartikel/Filterrückstände aus der Filtereinrichtung 1 können dann durch die Schleuse 2 in die Reaktionskammer 4 fallen. Nach jeder Filterabreinigung in der Filtereinrichtung 1 wird die Schleuse 2 geschlossen.

Die Kondensatpartikel/Filterrückstände in der Reaktionskammer 4 werden mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise Druckluft, Umgebungsluft, Reinsauerstoff oder einem Gemisch aus Sauerstoff und einem Schutzgas, über die porösen Einsätze 96 durchströmt (exemplarisch sind vier Einsätze in dem Schnitt A-A dargestellt, es ist jedoch eine beliebige andere Anzahl möglich, z.B. 8 oder 16). Ein Druckausgleich wird über den Gasauslass 93 sichergestellt. Hierzu wird das Ventil für den Gasauslass (nicht dargestellt) geöffnet. Dann werden die die Energiezufuhrelemente 95 (z.B. Piezoelemente oder Heizstäbe aktiviert, um die Oxidationsreaktion zu initiieren. Beispielhaft sind vier Energiezufuhrelemente dargestellt, es ist jedoch eine beliebige andere Anzahl möglich, z.B. 8 oder 16. Nach Abschluss der Oxidationsreaktion werden der Gasstrom durch die Einlässe 96 und die Energiezufuhrelemente 95 wieder deaktiviert und darauf, ggf. nach einer Wartezeit für die Abkühlung, wird die Auslasseinheit 8 geöffnet. Die passivierten Kondensatpartikel fallen dann in den Auffangbehälter 11. Der Transport der passivierten Kondensatpartikel kann durch einen Gasstoß über die Gaseinlässe 96 unterstützt werden. Darauffolgend wird die Auslasseinheit 8 wieder geschlossen. Über den Gaseinlass 96 wird Schutzgas in die Reaktorkammer 4 eingeleitet, bis eine ausreichend inerte Atmosphäre (z.B. 02 < 2%) erreicht wird. Darauf werden das Ventil am Gasauslass 93 verschlossen und die Schleuse 2 wieder geöffnet. Das Vorgehen wiederholt sich mit der nächsten Filterabreinigung sowie zu Prozessende.

In der Sensoreinheit/Überwachungseinheit 97 werden kritische Prozessgrößen gemessen, wie die Temperatur und der Druck, besonders während der Reaktion; sowie der Sauerstoffgehalt, besonders vor Beginn der Reaktion sowie während der abschließenden Inertisierung der Reaktionskammer zum Ende eines Passivierungsschritts.

Der Vorteil der neunten Ausführungsform liegt darin, dass durch die Verwendung von Sinterfiltern am Gaseinlass für ein gleichmäßiges Einströmen des Gases gesorgt werden kann. Durch die (symmetrische) Anordnung der Gaseinlässe kann darüberhinaus das Gas dem gesamten Reaktionsraum im Innern der Reaktionskammer gleichmäßig zugeführt werden.

Zehnte Ausführungsform Eine zehnte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschrieben.

Die Schleuse 2 und die Auslasseinheit 8 können in gleicherweise ausgestaltet sein wie bei den anderen Ausführungsformen. Bei einem beispielhaften Passivierungsvorgang ist zunächst die Schleuse 2 geöffnet und die Auslasseinheit 8 geschlossen. Kondensatpartikel/Filterrückstände aus der Filtereinrichtung 1 können dann durch die Schleuse 2 in die Reaktionskammer 4 fallen. Nach jeder Filterabreinigung in der Filtereinrichtung 1 wird die Schleuse 2 geschlossen.

Die Kondensatpartikel/Filterrückstände in der Reaktionskammer 4 werden mit einem sauerstoffhaltigen Gas, beispielsweise Druckluft, Umgebungsluft, Reinsauerstoff oder einem Gemisch aus Sauerstoff und einem Schutzgas, über den porösen Trichter 107 durchströmt. Ein Druckausgleich wird über den Gasauslass 93 sichergestellt. Flierzu wird das Ventil für den Gasauslass (nicht dargestellt) geöffnet. Dann werden die die Energiezufuhrelemente 95 (z.B. Piezoelemente oder Heizstäbe aktiviert, um die Oxidationsreaktion zu initiieren. Nach Abschluss der Oxidationsreaktion werden der Gasstrom durch den porösen Trichter 107 und die Energiezufuhrelemente 95 wieder deaktiviert und darauf, ggf. nach einer Wartezeit für die Abkühlung, wird die Auslasseinheit 8 geöffnet. Die passivierten Kondensatpartikel fallen dann in den Auffangbehälter 11. Der Transport der passivierten Kondensatpartikel kann durch einen Gasstoß über den porösen Trichter 107 unterstützt werden. Darauffolgend wird die Auslasseinheit 8 wieder geschlossen. Über den Gaseinlass 96 wird Schutzgas in die Reaktorkammer 4 eingeleitet, bis eine ausreichend inerte Atmosphäre (z.B. 02 < 2%) erreicht wird. Darauf werden das Ventil am Gasauslass 93 verschlossen und die Schleuse 2 wieder geöffnet. Das Vorgehen wiederholt sich mit der nächsten Filterabreinigung sowie zu Prozessende.

In der Sensoreinheit/Überwachungseinheit 97 werden kritische Prozessgrößen gemessen, wie die Temperatur und der Druck, besonders während der Reaktion; sowie der Sauerstoffgehalt, besonders vor Beginn der Reaktion sowie während der abschließenden Inertisierung der Reaktionskammer zum Ende eines Passivierungsschritts. Alternativ zur Anordnung der Energiezufuhrelemente 95 wie bei der neunten Ausführungsform können auch ein oder mehrere Heizelemente an der Trichterwand angeordnet werden.

Der Vorteil der zehnten Ausführungsform ist ähnlich jenem der neunten Ausführungsform. Durch die Verwendung des porösen Trichters 107 für den Gaseinlass kann für ein gleichmäßiges Einströmen des Gases gesorgt werden, wobei das Gas gleichmäßig aus allen Richtungen einströmen kann. Es sei bemerkt, dass der Trichter 107 und die Reaktionskammer auch eine andere Gestalt aufweisen können. Denkbar ist z.B. ein kreiszylinderförmiger Trichter, dessen gesamte laterale Wand porös ist. Die Porosität des Trichters kann dadurch erzielt werden, dass es in gleicher Weise wie ein Sinterfilter ausgebildet wird, sozusagen als einstückiges, großflächiges Sinterfilter.

Elfte Ausführungsform

Fig. 11 zeigt eine elfte Ausführungsform, die sehr ähnlich der dritten Ausführungsform ist und ebenfalls eine Schnecke aufweist. Bei der in Fig. 11 dargestellten Passivierungsvorrichtung dient eine Schnecke 19 als Reaktionskammer, die einen Reaktionsraum umgibt. Die in Fig. 11 dargestellte Schnecke weist dabei einen zylinderförmigen Schneckenkern 19a auf, an dem eine Schneckenwendel 19b angebracht ist, wobei beide in einem Schneckenrohr 19c untergebracht sind, das als Wandung der Reaktionskammer anzusehen ist. Dabei liegt der Durchmesser des Schneckenkerns 19a typischerweise zwischen 20 und 30 mm, der Außendurchmesser (in radialer Richtung) der Schneckenwendel 19b typischerweise zwischen 30 und 40 mm, die Gangtiefe typischerweise zwischen 3 und 6 mm und der Gangsteigungswinkel typischerweise zwischen 15 und 25 Grad. Die Gangsteigung liegt typischerweise bei einem Wert zwischen 80% und 100% des Außendurchmessers der Schneckenwendel. Die Länge der Schnecke liegt typischerweise bei einem Wert von größer oder gleich 25 cm und kleiner oder gleich 50 cm.

Obwohl die radialen Abmessungen der Schnecke längs des Weges vom Einzugsbereich nahe der Filtereinrichtung 1 zum Auslass nahe dem Sammelbehälter 11 konstant sind, 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.

11 dargestellt. In Fig. 11 sind dabei Elemente, die jenen in Fig. 3 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei insbesondere der Einzugsbereich nahe der Ankopplungseinheit 2 mit dem Bezugszeichen 32 versehen ist und die Auslasseinheit nahe dem Sammelbehälter 11 mit dem Bezugszeichen 38 versehen ist.

Die in Fig. 11 dargestellte Schnecke 19 weist insbesondere zwei Verdichtungszonen V1 und V2 auf, sowie eine zwischen diesen angeordnete Oxidationszone V0. Wie anhand von Fig. 11 ersichtlich, wird in den Verdichtungszonen V1 und V2 durch eine gegenüber der Oxidationszone verringerte Gangtiefe für eine Kompression des Materials gesorgt. Wie man erkennt, wird eine Variation der Gangtiefe mittels einer Abänderung des Kerndurchmessers herbeigeführt.

Es ist auch denkbar, dass abweichend zu Fig. 11 lediglich eine Verdichtungszone oder aber mehr als zwei Verdichtungszonen vorhanden sind und/oder mehr als eine Oxidationszone vorhanden ist.

In Fig. 11 ist die erste Verdichtungszone V1 nahe dem Einzugsbereich 32 der Schnecke 19, bevorzugt unmittelbar angrenzend an den Einzugsbereich 32, angeordnet. Solch eine Anordnung ist vorteilhaft, da das verdichtete Kondensat eine Barriere für das Oxidationsmittel darstellt und ein Rückströmen des Oxidationsmittels in die Filtereinrichtung 1 verhindert oder zumindest deutlich verringert. Weiterhin ist die zweite Verdichtungszone V2 nahe dem Auslass 38 angeordnet. Dadurch wird dem Sammelbehälter 11 verdichtetes Kondensat zugeführt, welches im Sammelbehälter 11 weniger Volumen beansprucht, wodurch die Standzeit des Sammelbehälters 11 verlängert wird.

Wie in Fig. 11 gezeigt, sollte der Einlass 16, 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 wäre entsprechend für jede dieser Oxidationszonen ein dieser zugeordneter Einlass 16 vorzusehen. 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. 12 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. Beispielsweise kann zu diesem Zweck der zweiten Oxidationszone eine größere Menge an Oxidationsmittel (z.B. Sauerstoff) zugeführt werden. 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.

Es ist vorteilhaft, wenn der Einlass 16 am (in vertikaler Richtung) unteren Ende der Schnecke 19 angeordnet ist, wie in Fig. 11 gezeigt. Solch eine Anordnung sorgt dafür, dass ein über den Einlass 16 zugeführtes Gas zu einer leichten Verwirbelung des sich (infolge der Schwerkraft) tendenziell im unteren Bereich der Schnecke ansammelnden Kondensats führt, was eine Oxidation des Kondensats begünstigt. Alternativ oder zusätzlich kann ein Einlass 16 für ein das Oxidationsmittel enthaltendes Gas oberhalb der Schnecke angeordnet sein. Solch eine Anordnung hat den Vorteil, dass der oberhalb angeordnete Einlass 16 nicht so schnell durch Kondensat verstopfen kann, das sich infolge der Schwerkraft bevorzugt im unteren Teil der Schnecke ansammelt. Damit bei einer Anordnung des Einlasses 16 oberhalb der Schnecke dennoch für eine gute Vermengung des Kondensats 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 Kondensat zu einem hinreichenden Zutritt des Sauerstoffs zum Kondensat kommt, wenn der Gasstrom von oben einfällt. Eine hohe Geschwindigkeit kann z.B. dadurch erzeugt werden, dass der Durchmesser des Einlasses 16 hinreichend klein gewählt wird (z.B. zwischen 3 und 5 mm). Anders gesagt sollten die Einlässe 16 bevorzugt als Gasdüsen realisiert werden. Wenn eine Mehrzahl von Einlässen 16 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 16 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. Letztere sollte 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 Passivierungsvorgangs auch im Bereich zwischen 0 und 21 Vol.-% liegen. Insbesondere wird der Gesamt- Sauerstoffgehalt in Abhängigkeit von der im Reaktionsraum ablaufenden Passivierungsreaktion gewählt, also insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur im Reaktionsraum.

Insbesondere kann, wie in Fig. 12 gezeigt, der Einlass 16 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 Ankopplungseinheit/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 19c oder eines porösen Einsatzes in der Wand des Schneckenrohrs realisiert werden. Hierfür kann der Wandabschnitt oder Einsatz als mikroporöses Element ausgestaltet sein, also beispielsweise ein gasdurchlässiges Sinterteil, ein Metallvlies oder Metallgitter sein.

Was die Ausgestaltung der Schneckenwendel 19b (also des Schneckengewindes) anbelangt, so kann diese gleichförmig gestaltet sein. Es ist jedoch auch möglich, die Geometrie der Schneckenwendel entlang der Förderrichtung zu variieren, also insbesondere Ausnehmungen in den Flanken der Schneckenwendel 19b vorzusehen oder die Form der Flanken der Schneckenwendel 19b und/oder den Flankenwinkel zu variieren. Dadurch kann für eine bessere Durchmischung des Kondensats gesorgt werden. Die Fig. 13 zeigt hierzu ein Beispiel, in dem Einkerbungen bzw. Ausnehmungen 190 in der Schneckenwendel 19b vorhanden sind. Gerade im Einzugsbereich 32 bietet es sich an, Ausnehmungen 190 vorzusehen, da dadurch das Kondensat dort besser eingezogen wird. Was die Form der Flanken und den Flankenwinkel anbelangt, so ist es von Vorteil, eine scharfe Kante (kleine Stirnfläche) an der Außenseite der Schneckenwendel 19b (in radialer Richtung) vorzusehen, da dann Oxidationsreaktionen und die Ablagerung von Kondensat in diesem heiklen Bereich infolge der geringeren Kontaktfläche herabgesetzt werden.

Insbesondere kann ein Abschnitt der Schneckenwendel 19b auch die Gestalt eines Mischers haben, wie er auf dem Gebiet der Extruderschnecken bekannt ist. Fig. 15 zeigt hierzu zwei Beispiele von Mischer(elemente)n, wie sie von der Fa. Groche Technik GmbFI in 32689 Kalletal angeboten werden

(https://www. groche. com/produkte/dynam ische-m ischer). Mittels des in Fig. 15b dargestellten Wendelschermischers kann eine zerteilende Wirkung erreicht werden, wodurch Agglomerate von Filterrückständen in der Schnecke aufgebrochen werden können. Der in Fig. 15a dargestellte Rautenmischer hat dann Vorteile, wenn keine Agglomerate mehr vorhanden sind und eine Oberflächenvergrößerung und Umlagerung von Partikeln erreicht werden soll. Die Abschnitte der Schnecke (in Richtung der Zylinderachse), an denen ein Abschnitt der Schneckenwendel 19b die Gestalt eines Mischers hat, werden in dieser Anmeldung als Durchmischzonen bezeichnet. Insbesondere bietet es sich an, eine Durchmischzone mit einem Rautenmischer einer Durchmischzone mit einem Wendelschermischer nachzuschalten. In dem dem Rautenmischer zugeführten Material wurden dann bereits Agglomerate durch den Wendelschermischer beseitigt.

Natürlich sind auch Mischformen der in Fig. 15a und 15b gezeigten Elemente möglich.

Die Schnecke 19 wird bevorzugt aus einem Material hoher Temperaturfestigkeit gefertigt, beispielsweise IN718. Insbesondere kann die Schnecke mittels eines additiven Herstellverfahrens als Ganzes oder in mehreren Segmenten, die zusammensteckbar oder -schraubbar sind, hergestellt werden.

Wie ersichtlich ist, ist es möglich, die oben beschriebenen Ausführungsformen miteinanderzu kombinieren, sofern sie sich nicht offenkundig ausschließen. Dies gilt auch für Kombinationen, die nicht explizit im Text erwähnt sind.

Insbesondere wird es durch die Erfindung möglich, die Menge an Inertisierungsstoffen in der Filtereinrichtung zu verringern oder ganz darauf zu verzichten.

Nachfolgend werden optionale Abwandlungsmöglichkeiten beschrieben, die in Zusammenhang mit allen Ausführungsformen anwendbar sind.

Mit Ausnahme der in Fig. 8B gezeigten Ausführungsvariante wird bei allen Ausführungsformen als Implementierungsmöglichkeit für die Ankopplungseinheit 2 zwischen Filtereinrichtung und Reaktionskammer ein einfacher Verschluss vorgeschlagen. Gleiches gilt für die Auslasseinheit 8 zwischen der Passivierungsvorrichtung und dem Sammelbehälter 11. Natürlich können die Ankopplungseinheit 2 und/oder die Auslasseinheit 8 auch als Gasschleuse mit zwei wechselseitig betätigbaren Verschlüssen ausgebildet werden. Dies wird nachfolgend anhand von Fig. 14 erläutert.

Fig. 14 zeigt eine Ankopplungseinheit 200 mit einer zwischen einem oberen Verschluss 201 und einem unteren Verschluss 202 angeordneten Schleusenkammer 203. Im Beispiel der Fig. 14 ist die Schleuse 200 zwischen dem Einzug 32 einer als Passivierungsvorrichtung dienenden Förderschnecke 19 und einer Filtereinrichtung 1 angeordnet. Die Schleuse 200 wird beispielsweise so betrieben, dass zunächst bei geschlossenem oberen Verschluss 201 und geschlossenem unteren Verschluss 202 in der Schleusenkammer eine Inertgasatmosphäre hergestellt wird, indem über einen Schleusengaseinlass 36 ein Inertgas (z.B. Stickstoff oder Argon) zugeführt wird. Mittels eines Sauerstoffsensors 105 kann der Restsauerstoffgehalt der Gasatmosphäre innerhalb der Schleusenkammer 203 gemessen werden. Sobald der Sauerstoffsensor 105 ein Absinken des Sauerstoffgehalts unter ein vorgegebenes Mindestniveau detektiert, welches von der Reaktivität des Kondensats abhängig ist, wird nach einem Abreinigungsvorgang bei weiterhin geschlossenem unterem Verschluss 202 der obere Verschluss 201 geöffnet, so dass Kondensat/Filterrückstandsmaterial von der Filtereinrichtung 1 in die Schleusenkammer 203 gelangen kann. Anschließend wird der obere Verschluss 201 verschlossen und danach der untere Verschluss 202 geöffnet (nachdem auch in der Förderschnecke 19 für eine Inertgasatmosphäre gesorgt wurde), um das Kondensat/Filterrückstandsmaterial der Passivierungsvorrichtung zuzuführen. Vor der Zufuhr von weiterem Material von der Filtereinrichtung 1 in die Schleusenkammer 203 wird der untere Verschluss 202 verschlossen und in der Schleusenkammer wieder eine Inertgasatmosphäre hergestellt. Anschließend kann der obere Verschluss 201 geöffnet werden, um der Schleusenkammer 203 wieder neues Material zuzuführen.

Durch die Verwendung der Gasschleuse 200 kann bei allen Ausführungsformen zuverlässig verhindert werden, dass Oxidationsmittel von der Passivierungsvorrichtung in die Filtereinrichtung gelangt. Wenn die Gasschleuse 200 zwischen Filtereinrichtung und Passivierungsvorrichtung angeordnet ist, kann gleichzeitig einem unkontrollierten Eintrag von Kondensat/Filterrückstandsmaterial in die Passivierungsvorrichtung entgegengewirkt werden. Mit anderen Worten, die Menge an Kondensat und der Zeitpunkt, zu dem dieses der Passivierungsvorrichtung zugeführt wird, können besser gesteuert werden. Insbesondere wird das Material der Passivierungsvorrichtung dann nicht kontinuierlich, sondern im Batchbetrieb, also portionsweise, zugeführt.

Das Volumen der Schleusenkammer 203 hängt dabei von der Menge an Kondensat/Filterrückstandsmaterial ab, die der Passivierungsvorrichtung maximal für einen Passivierungsvorgang zugeführt werden kann/soll und/oder von der Menge an Kondensat/Filterrückstandsmaterial, die typischerweise bei einem Abreinigungsvorgang anfällt. Der Bestimmung dieser Menge wird die Art der verwendeten additiven Herstellvorrichtung, insbesondere die Prozessparameter bei der additiven Herstellung und/oder die Filterparameter, z.B. die Filterfläche oder aber auch die Anzahl von Filtereinrichtungen, die mit der Schleuse 200 verbunden sind und/oder die angestrebte Zeitdauer zwischen zwei

Filterabreinigungsvorgängen/Passivierungsvorgängen zu Grunde gelegt. Je länger diese Zeitdauer ist, desto mehr Material wird bei einem Abreinigungsvorgang anfallen. Daraus kann sich ein benötigtes Volumen der Schleusenkammer 203 ergeben, das typischerweise größer oder gleich 1 Liter und kleiner oder gleich 15 Liter ist. Ein beispielhafter Wert für das Volumen bei gängigen additiven Prozessen, bei denen ein metallhaltiges Aufbaumaterial verwendet wird, liegt zwischen 3 bis 4 Litern.

Auch eine Gasschleuse 200 mit wechselseitig betätigbarem Schleuseneinlass und Schleusenauslass ist mit einer Portioniereinrichtung (beispielsweise mittels eines Zellenrads oder Räumrads implementierbar) kombinierbar.

Was die Bemessung der der Passivierungsvorrichtung für einen Passivierungsvorgang zuzuführenden Portionen anbelangt, so kann die Portionsgröße bevorzugt unter Berücksichtigung einer Anzahl von Randbedingungen festgelegt werden: z.B. dem Maximalwert der bei der Passivierung freigesetzten Energiemenge und/oder der Druckstabilität der Reaktionskammer (einschließlich ihrer Verschlüsse und Dichtungen). Da die freigesetzte Energiemenge von Art und Beschaffenheit des Materials abhängt, sollte bevorzugt aus Sicherheitsgründen für die Ermittlung der Portionsgröße jenes Material der Berechnung zugrunde gelegt werden, dessen Reaktion mit dem Oxidationsmittel besonders exotherm verläuft (z.B. Titanmaterial).

Ein beispielhafter Ablauf eines Passivierungsvorgangs mittels der Passivierungsvorrichtung gemäß der elften Ausführungsform wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 14 beschrieben. Es sei angemerkt, dass die Ankopplungseinheit nicht notwendigerweise eine Schleuse 200 sein muss, wie sie in Fig. 14 dargestellt ist, sondern bei entsprechender Anpassung des Verfahrensablaufs auch ein einfacher Verschluss 2.

Während des Ablaufs eines Herstellungsvorgangs in der additiven Herstellvorrichtung ist der obere Verschluss 201 der Schleuse 200 normalerweise geöffnet, während der untere Verschluss 202 verschlossen ist. Mit anderen Worten, ein Durchtritt von Material und Gas durch die Ankopplungseinheit ist nicht möglich. Während einer Abreinigung der Filtereinrichtung (z.B. alle 10 Maschinenbetriebsstunden) wird dann der Schleusenkammer 203 neues Material zugeführt.

Sobald der Abreinigungsvorgang beendet ist oder ein Füllstandsensor 115 in der Schleusenkammer 203 die Überschreitung eines bestimmten Füllniveaus detektiert, wird der obere Verschluss 201 verschlossen und der untere Verschluss 202 geöffnet, so dass das abgereinigte Material/Filterkondensat (z.B. 2-3 Liter Aluminiumkondensat) in den Einzugsbereich 32 der Förderschnecke 19 gelangen kann. Wenn man verhindern möchte, dass Oxidationsmittel in die Schleusenkammer 203 gelangt, dann kann nun optional der untere Verschluss 202 geschlossen werden. Nun wird die Heizwendel 55 zum Beheizen des Schneckenrohrs (z.B. auf ca. 300 °C) angeschaltet. Danach wird der Schneckenantrieb 29 aktiviert, um die Förderung durch die Schnecke zu starten und über den Einlass 16 das Oxidationsmittel zugeführt. Die Schnecke rotiert dabei mit ca. 2 U/min, was mit den weiter oben genannten Werten für die Abmessungen der Schnecke zu einem Massenstrom von ca. 1 bis 1,5 g/min führt. Die Einhaltung der Fördergeschwindigkeit wird durch einen Drehzahlsensor 205 überwacht. Das Oxidationsmittel ist in diesem Beispiel ein Stickstoff-Sauerstoff- Gemisch mit 10 Vol.-% Sauerstoffanteil, welches unter Zuhilfenahme des Durchflussmengensensors 155 mit einem Volumenstrom von ca. 8 l/min über den Einlass 16 zugeführt wird. Aus Sicherheitsgründen wird dabei der Sauerstoffgehalt des zugeführten Gases durch einen Gaseinlass-Sensor 165 überwacht.

Die Schneckenförderung wird abgestellt und die Zufuhr von weiterem Oxidationsmittel unterbunden, sobald eine im vorhinein eingestellte Zeitdauer vergangen ist oder ein nicht dargestellter Sensor im Einzugsbereich der Schnecke meldet, dass das Kondensatmaterial im Einzugsbereich der Schnecke vollständig weggefördert wurde. Ein weiteres Abbruchkriterium ist die Detektion des Überschreitens eines Maximalfüllniveaus im Sammelbehälter 11 durch einen Sammelbehälter- Füllstandsensor 195. Ferner wird aus Sicherheitsgründen die Zufuhr von weiterem Oxidationsmittel unterbunden, wenn der Durchflussmengensensor 155, der Gaseinlass-Sensor 165, ein an der Schnecke angebrachter Temperatursensor 145, ein am Behälterboden des Sammelbehälters angebrachter Temperatursensor 175 oder ein am Sammelbehälter angebrachter Sauerstoffsensor 185 einen falschen oder zu hohen Wert liefert.

Die Zeitdauer der Oxidationsbehandlung des Kondensatmaterials in der Schnecke kann durch die Drehgeschwindigkeit und/oder die Gangsteigung und/oder die Gangtiefe und/oder die Anzahl/Zeitdauer der Betriebszeiten der Schnecke, in denen diese sich in der entgegengesetzten Richtung dreht, gesteuert werden. Im Allgemeinen wird angestrebt, dass Material solange zu behandeln, bis dieses bei üblicher Flandhabung nicht mehr reaktiv ist. Geeignete Werte für die Zeitdauer der Oxidationsbehandlung/Passivierungsbehandlung lassen sich durch eine geringe Anzahl von Vorversuchen ermitteln, in denen unterschiedliche Behandlungszeitdauern angewendet werden und anschließend an dem passivierten Filterrückstandsmaterial die Brennzahl (nach VDI 2263-1) und die Mindestzündenergie (nach EN 13821) ermittelt werden. Ziel ist ein Brennzahl, die kleiner als 3 ist bzw. eine Mindestzündenergie, die größer als 30mJ ist.

Abschließend sei noch erwähnt, dass durch weitere Temperatursensoren, z.B. einen Schleusenkammer-Temperatursensor 125 und einen Einzugs-Temperatursensor 135 noch für zusätzliche Sicherheit gesorgt werden kann. Abgesehen davon versteht es sich, dass der Fachmann auch auf einen oder mehrere der bislang genannten Sensoren in der Passivierungsvorrichtung gemäß der elften Ausführungsform verzichten kann.