(57)【要約】  開示されているのは、材料、特に熱可塑性材料を処理および／またはリサイクルする方法であり、材料は、受入容器（１）、特に切断コンプレッサまたは前処理ユニット（ＰＣＵ）で攪拌および混合され、任意選択で加熱、粉砕および／または軟化され、受入容器（１）内の材料は、断片または粒子の形態のままであり、全体を通して溶融しておらず、受入容器内で攪拌されている断片または粒子形態の材料は、インラインの分光学的および／または分光計的分析および／または測定に供され、このようにして確認された測定値は、それぞれの場合に分析されている材料に関する情報、特にそれぞれの材料の定量的および／または定性的指標を得るために使用される。同様に開示されるのは、−材料の混合および／または粉砕装置を有する少なくとも１つの受入容器（１）、特に切断コンプレッサと、−受入容器（１）内で攪拌されている断片または粒子形態の材料の一部のインライン分析のための少なくとも１つの分光学的および／または分光測定装置（１０）であって、断片または粒子の形態で回転する材料を励起するための物理的刺激、特に電磁放射を放出して、−刺激に反応して生じる測定信号、特に分析される材料上で散乱された電磁放射の特性スペクトルを、好ましくは分光学的手段によって検出するように設計された測定装置（１０）と、−測定装置（１０）とデータ通信し、測定装置（１０）を作動させ、物理的刺激、特に電磁放射を放出し、その結果得られた測定信号を検出し、このようにして得られた測定値を利用可能に保持し、−任意選択で、確認された測定値に基づいて、各場合に分析された材料、特にそれぞれの材料の定量的および／または定性的指標に関する利用可能な情報を導出し、保持するように設計されている処理および制御ユニット（４０）と、を含む装置である。
2022501578.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料、特に熱可塑性プラスチック材料の調製、処理、および／またはリサイクルのための方法であって、
−前記材料は、受入容器（１）、特にカッターコンパクタまたは前処理ユニット（ＰＣＵ）内で移動および混合され、必要に応じて、加熱、粉砕、および／または軟化され、前記受入容器（１）内の前記材料は、塊状または粒子状のままであり、全体にわたって溶融しておらず、
−前記受入容器（１）の内部を移動する前記塊状または粒子状材料は、分光学的および／または分光計的にインラインで分析または測定され、このようにして決定された測定値は、前記それぞれ測定された材料、特に前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータに関する情報を取得するために使用される、方法。
【請求項２】
前記受入容器（１）の前記内部に位置し、前記内部で回転する前記塊状または粒子状材料の少なくとも一部が、物理的効果、特に電磁放射によって励起され、前記効果に応答して生じる測定信号、特に前記測定される材料上で散乱された前記電磁放射の特性スペクトルが、好ましくは分光測定的に検出されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記分光学的および／または分光計的測定が、原子分光法または分子分光法によって、特にラマン分光法、ＮＩＲ分光法、ＵＶ／ＶＩＳ分光法、蛍光分光法および／または吸収分光法によって実行されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
赤外光、可視光および／またはＵＶ光の範囲の光が、特に１００〜１４００ｎｍの範囲、好ましくは５００〜１０００ｎｍの範囲で励起に使用され、ならびに／あるいは、レーザーが、特に１００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長域および／または１５ｍＷ〜５Ｗの範囲、好ましくは１００〜５００ｍＷの出力で励起に使用されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記材料、特に前記熱可塑性プラスチック材料の特有の定量的および／または定性的パラメータまたはプロセスインライン中のこれらのパラメータの変化を検出し、前記プロセスを監視および／または制御に使用するためにそれらを使用し、ならびに／あるいは前記受入容器（１）内の前記プロセス制御を制御するためにこれらのパラメータを使用するために、光が検出および分析されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記材料を励起する前記電磁放射が、前記受入容器（１）の前記内部で、前記容器壁に、またはその真後ろに、好ましくは前記容器壁の後ろに最大１０ｃｍの距離で位置する焦点（２３）に集束されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記物理的効果、特に前記電磁放射は、０．１ｍｍ〜５ｍｍ、特に１ｍｍ〜３ｍｍの測定スポットの断面積と、０．３μｍ〜３０μｍ、特に８μｍ〜１５μｍの前記材料への浸透深さで規定される体積範囲を励起することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記材料を励起する前記物理的効果、特に前記電磁放射が、前記受入容器（１）の前記内部に、あるいは、
−動作中の前記受入容器（１）内の前記材料または材料粒子の充填レベル未満の位置、
−前記底部（３）または前記混合および／または粉砕ツール（４）から高さおよび／または距離をおいた位置であって、前記物理的効果、特に前記電磁放射は、前記受入容器（１）内に配置または回転している前記材料粒子の方法で定義された所定の充填レベル未満、ならびに／あるいは、前記材料粒子の移動および／または回転中に形成される混合流のレベル未満に常にある、位置、
−前記受入容器（１）および／または前記混合流内の前記材料の方法で定義された所定の充填レベルの中央の３分の１の範囲のレベルの位置、
−前記移動および／または回転する材料粒子の密度が最も高い前記受入容器（１）の領域、ならびに／あるいは
−前記移動および／または回転する材料粒子が前記受入容器（１）の前記側壁（２）に最も高い圧力を及ぼす前記受入容器（１）の領域、
のうちの１つまたは複数の位置で前記材料内に導入されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記塊状または粒子状材料は、前記受入容器（１）の外側領域、特に前記受入容器（１）の前記側壁（２）において、円周方向への移動方向および／または主に上向きの移動方向を有することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記塊状または粒子状材料が前記受入容器（１）の前記外側領域、特に前記受入容器（１）の前記側壁（２）で頻繁かつ定期的に交換されるように、前記断片または粒子状材料が半径方向に０．３ｍ／ｓ〜４５ｍ／ｓの速度で回転し、および／または垂直方向に０．１ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓの速度で回転することを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記受入容器（１）の前記内部に位置し、前記内部で回転する前記塊状または粒子状材料、特に前記材料の個々の粒子が、物理的効果、特に電磁放射によって、複数の所定の時点で励起され、
前記それぞれ測定された材料、特に前記個々の粒子に関する、好ましくはそれぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータに関する情報であって、これらの時点で決定された選択された、好ましくはすべての測定値に基づいて決定された情報の平均値が、計算され、利用可能に保たれる
ことを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記受入容器（１）の前記内部に位置し、前記内部で回転する前記塊状または粒子状材料が、物理的効果、特に電磁放射によって、所定の期間、特に数秒間、連続的に励起され、
前記それぞれの期間で、それぞれの場合に測定された前記材料に関する共通の情報、特に定量的および／または定性的パラメータがこの期間内に継続的に決定された前記測定値に基づいて計算され、利用可能に保たれる
ことを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記受入容器（１）の前記内部の温度および／または前記材料の温度が測定され、前記温度情報が前記評価に含まれ、各場合に測定された前記材料に関する前記情報、特に前記材料の定量的および／または定性的パラメータの補正のための指標として働き、および／または前記材料温度が検出され、前記スペクトルの補正の仕様として使用されることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
−参照情報、特に定量的および／または定性的参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルが格納され、
−各場合に測定された前記材料について決定された前記情報、特に前記パラメータ、好ましくは前記スペクトルが、前記参照情報、特に前記参照パラメータ、好ましくは前記参照スペクトルと比較され、前記参照情報、特に前記参照パラメータ、好ましくは前記参照スペクトルからの偏差が決定され、特に表示されて、ならびに／あるいは前記受入容器（１）および／または後続のプロセスチェーンにおける前記プロセス制御の監視および／または制御に使用される
ことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも１つの受入容器（１）、特にカッターコンパクタおよび／または前処理ユニット（ＰＣＵ）を有し、前記材料のための混合および／または粉砕装置を有し、前記受入容器（１）の前記内部を移動する前記塊状または粒子状材料を分析するために、または各場合に測定された前記材料に関する情報、特に前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを得るために、分光学的および／または分光測定装置（１０）を有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の方法を実施するための装置。
【請求項１６】
−前記材料のための混合および／または粉砕装置を備えた少なくとも１つの受入容器（１）、特にカッターコンパクタと、
−前記受入容器（１）の前記内部を移動する前記塊状または粒子状材料の一部をインラインで測定するための少なくとも１つの分光学的および／または分光測定装置（１０）であって、前記回転する塊状または粒子状材料を励起するための物理的効果、特に電磁放射を放出し、前記効果に反応して生成される測定信号、特に測定される前記材料に散乱された前記電磁放射の特性スペクトルを、好ましくは分光測定的に検出するように設計された少なくとも１つの分光学的および／または分光測定装置（１０）と、
−前記回転する塊状または粒子状材料を励起するための物理的効果、特に電磁放射を放出し、
−前記作用に応答して生成された前記測定信号、特に測定される前記材料によって散乱された前記電磁放射の特性スペクトルを、好ましくは分光測定的に検出し、
−前記測定装置（１０）とデータ通信し、
−前記測定装置（１０）を制御して、前記物理的効果、特に電磁放射を放出し、前記結果の測定信号を検出し、このようにして決定された前記測定値を利用可能に保ち、
−必要に応じて、決定された前記測定値に基づいて、各場合に測定された前記材料に関する情報、特に前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを導出して利用可能に保つ
ように設計された処理および制御ユニット（４０）と、
を含むことを特徴とする、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記受入容器（１）が側壁（２）を有し、本質的に円錐形または円筒状であるか、または円錐形または円筒状の壁セクションを有し、必要に応じて、下部底面（３）も有することを特徴とする、請求項１５および１６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
特に垂直回転軸（９）を中心に回転可能な少なくとも１つの回転式混合および／または粉砕ツール（４）が、処理される前記塊状または粒子状材料を移動させて混合し、必要に応じて加熱、粉砕および／または軟化させるための混合および／または粉砕装置として、前記受入容器（１）内に配置され、動作中に、前記受入容器（１）内に渦および／または混合流を形成することが可能であることを特徴とする、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記塊状または粒子状材料が０．３〜４５ｍ／ｓの速度で半径方向に、および／または０．１〜６０ｍ／ｓの速度で垂直方向に回転するように、前記混合および／または粉砕ツール（４）の円周方向速度が選択されることを特徴とする、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記受入容器（１）に、特に前記受入容器（１）の側壁（２）に、特に前記底部に最も近い前記最も低い混合および／または粉砕ツール（４）の高さの領域に、開口部（８）が形成されており、前記開口部を介して、前処理されたプラスチック材料が前記受入容器（１）の前記内部から排出され得、前記開口部（８）から出てきた前記前処理された材料を受け入れるために、少なくとも１つのコンベヤ、特にハウジング（１６）内で回転、特に可塑化または凝集する少なくとも１つのスクリュー（６）を有する押出機（５）が配置され、特に、前記ハウジング（１６）が、前記スクリュー（６）によって把持される前記材料のために、その端面またはそのケーシング壁にある供給開口部（８０）を有し、前記供給開口部（８０）が前記開口部（８）に接続されることを特徴とする、請求項１５から１９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記測定装置（１０）が、
−動作時に前記受入容器（１）の前記内部に配置され、そこで回転する前記塊状または粒子状材料の少なくとも一部に対して物理的効果、特に電磁放射を放出するための、前記受入容器（１）の前記内部に作用または誘導される少なくとも１つの励起源（１１）と、
−前記効果に対する反応として生成される測定信号、特に測定される前記材料上で散乱された前記電磁放射の特性スペクトルを検出するための、少なくとも１つの検出器（１２）、特に分光器と、
を含むことを特徴とする、請求項１５から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記処理および制御ユニット（４０）が、前記効果に応答して生成された前記測定信号、特に前記測定された材料上で散乱された前記電磁放射の特性スペクトルの分光計的および／または分光学的分析のために設計されていることを特徴とする、請求項１５から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記励起源（１１）および／または前記検出器（１２）および／または前記処理および制御ユニット（４０）が、前記受入容器（１）から物理的に離間されているか、または特に光ファイバシステムおよび／または光ガイド（１４）を介して、振動のない方法で前記受入容器（１）に結合されていることを特徴とする、請求項１５から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
前記測定装置（１０）が、原子分光法または分子分光法、特にラマン分光法、ＮＩＲ分光法、ＵＶ／ＶＩＳ分光法、蛍光分光法および／または吸収分光法のための装置、特に検出器（１２）を含むことを特徴とする、請求項１５から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記励起源（１１）が、赤外光、可視光および／またはＵＶ光の範囲、特に１００〜１４００ｎｍの範囲、好ましくは５００〜１０００ｎｍの範囲の光を放出するように設計されていることを特徴とする、請求項２１から２４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２６】
前記励起源（１１）が、レーザー、特に１００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長域および／または１５ｍＷ〜５Ｗの範囲、好ましくは１００ｍＷ〜５００ｍＷの出力を有するレーザーであることを特徴とする、請求項２１から２５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２７】
少なくとも１つの測定開口部（２０）が、前記受入容器（１）、特に前記受入容器（１）の前記側壁（２）に設けられ、前記測定開口部（２０）が、前記励起源（１１）により放出される前記物理的効果、特に前記放出される電磁放射が前記受入容器（１）内の前記材料に作用し、前記受入容器（１）からの散乱光が検出されるように設計されていることを特徴とする、請求項１５から２６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２８】
前記測定開口部（２０）が０．５〜１００ｍｍの直径を有することを特徴とする、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
前記測定開口部（２０）が、特に電磁放射に対して透明である材料、例えばサファイアガラスで作られた窓（２１）によって閉じられていることを特徴とする、請求項２７または２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記窓（２１）が１〜１００ｍｍの厚さを有することを特徴とする、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記窓（２１）の表面が平面であり、互いに平行に整列しているか、または、前記受入容器（１）に面する前記窓（２１）の内面が、前記受入容器（１）の半径に凹状に一致し、前記受入容器（１）の反対側に向いた前記窓（２１）の外面が、前記内面に対して平行に凹状になるように設計されていることを特徴とする、請求項２９または３０に記載の装置。
【請求項３２】
特に前記受入容器（１）の前記側壁（２）にある前記少なくとも１つの測定開口部（２０）が、
−前記底部に最も近い前記最も低い混合および／または粉砕ツール（４）の高さの領域で、特にそのわずかに上または下、好ましくは前記混合および／または粉砕ツール（４）の最も外側の点と前記側壁（２）との間の最も狭い距離、および／または
−前記受入容器（１）の高さの下３分の１の領域、
の１つまたは複数の位置に配置されていることを特徴とする、請求項２７から３１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３３】
特に前記受入容器（１）の前記側壁（２）にある前記少なくとも１つの測定開口部（２０）が、
−動作中の前記受入容器（１）内の前記材料または材料粒子の充填レベル未満の位置、
−前記底部（３）または前記混合および／または粉砕ツール（４）から高さおよび／または距離をおいた位置であって、前記物理的効果、特に前記電磁放射は、前記受入容器（１）内に配置または回転している前記材料粒子の方法で定義された所定の充填レベル未満、ならびに／あるいは、前記材料粒子の移動および／または回転中に形成される混合流のレベルに常にある、位置、
−前記受入容器（１）および／または前記混合流内の前記材料の方法で定義された所定の充填レベルの中央の３分の１の範囲のレベルの位置、
−前記移動および／または回転する材料粒子の密度が最も高い前記受入容器（１）の領域、ならびに／あるいは
−前記移動および／または回転する材料粒子が前記受入容器（１）の前記側壁（２）に最も高い圧力を及ぼす前記受入容器（１）の領域、
のうちの１つまたは複数の位置に配置されていることを特徴とする、請求項２７から３２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３４】
前記物理的効果、特に前記電磁放射によって励起され得る体積領域が、０．１ｍｍ〜５ｍｍ、特に１ｍｍ〜３ｍｍの測定スポットの断面積と、０．３μｍ〜３０μｍ、特に８μｍ〜１５μｍの前記材料への浸透深さと、で規定されることを特徴とする、請求項１５から３３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３５】
レンズまたはレンズ系（２２）が、前記励起源（１１）の前記電磁放射を焦点（２３）に集束させるために設けられ、前記焦点（２３）は、特に前記窓（２１）に、またはそのすぐ後ろに、好ましくは前記窓（２１）の後ろに最大１０ｃｍの距離で形成されることを特徴とする、請求項１５から３４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３６】
前記処理および制御ユニット（４０）がプロセス制御ユニット（５０）と相互作用し、データ通信し、前記プロセス制御ユニット（５０）が、前記処理および制御ユニット（４０）により送信されたデータ、特に前記それぞれ測定された材料に関する情報、好ましくは前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを、前記受入容器（１）および／または前記後続のプロセスチェーンにおける前記プロセス制御を監視および／または制御するために使用するように設計されていることを特徴とする、請求項１５から３５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３７】
前記プロセス制御ユニット（５０）が、前記処理および制御ユニット（４０）によって送信された前記データに基づいて、
−前記受入容器（１）内への充填材の添加を実行し、および／または
−材料、特にポリマーを前記受入容器（１）内におよび／または前記受入容器（１）に接続された排出装置内に供給し、および／または
−前記受入容器（１）に接続された前記排出装置を使用して、処理された材料、特に顆粒を前記受入容器（１）から排出する
ように設計されていることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
少なくとも１つの温度測定装置（３０）が前記処理および制御ユニット（４０）の上流に設けられ、前記温度測定装置（３０）が、前記受入容器（１）内の温度および／または前記材料の温度を測定し、それを前記処理および制御ユニット（４０）に送信するように設計され、
前記処理および制御ユニット（４０）が、前記少なくとも１つの温度測定装置（３０）によって決定された前記測定値を使用して、前記それぞれ測定された材料について決定された前記情報、特に前記測定された材料上で散乱された前記電磁放射の温度に依存する前記特性スペクトルに対する温度の影響を補正し、このようにして補正された前記情報、特にスペクトルを利用可能に保つように設計されていることを特徴とする、請求項１５から３７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３９】
前記温度測定装置（３０）が、前記少なくとも１つの測定開口部（２０）と同じ高さ、特に同じ位置で、前記受入容器（１）内に配置されることを特徴とする、請求項３８に記載の装置。
【請求項４０】
前記処理および制御ユニット（４０）が、
−物理的効果、特に電磁放射を繰り返し放出するように、前記測定装置（１０）、特に前記励起源（１１）を複数の所定の時刻に制御し、
−前記測定装置（１０）、特に前記検出器（１２）によってこれらの時刻で決定された選択された、好ましくはすべての測定値に基づいて決定された、前記それぞれ測定された材料、特に個々の測定された粒子、好ましくは前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータに関する前記情報の平均値を計算し、利用可能に保つ
ように設計されていることを特徴とする、請求項１５から３９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４１】
前記処理および制御ユニット（４０）が、
−物理的効果、特に電磁放射を、所定の期間、特に数秒間連続して放出するように、前記測定装置（１０）、特に前記励起源（１１）を制御し、
−前記測定装置（１０）、特に前記検出器（１２）によってこの期間内に連続的に決定された前記測定値に基づいて、前記それぞれ測定された材料に関する共通の情報、特に定量的および／または定性的パラメータを前記それぞれの期間について計算し、利用可能に保つ
ように設計されていることを特徴とする、請求項１５から４０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項４２】
前記処理および制御ユニット（４０）がメモリを含み、参照情報、特に定量的および／または定性的参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルが前記メモリに格納され、
前記処理および制御ユニット（４０）が、前記それぞれ測定された材料について決定された前記情報、特に前記パラメータ、好ましくは前記スペクトルを、前記参照情報、特に前記参照パラメータ、好ましくは前記参照スペクトルと比較し、前記参照情報、特に前記参照パラメータ、好ましくは前記参照スペクトルからの偏差を決定し、特に前記プロセス制御ユニットおよび／または表示ユニットにそれを転送するように設計されている
ことを特徴とする、請求項１５から４１のいずれか一項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料、特に請求項１に記載の熱可塑性プラスチック材料を調製、処理、および／またはリサイクルするための方法に関する。本発明はさらに、請求項１５に記載の本発明による方法を実施するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特にプラスチックのリサイクルの場合、異なるソースから、おそらく異なる組成のプラスチックを調製することが主なタスクであるが、これも不明な場合がある。プラスチックリサイクルの分野は、例えば、内部生産廃棄物の分野と、包装、コンピュータハウジング、または自動車部門からの部品などの使用されるプラスチック製品の分野の両方を含み、そのため、例えば、原材料は、充填材とポリマーの含有量が大きく異なる。
【０００３】
調製の目的は、材料の再利用のための規定された機械的、光学的および／または他の特性などの規定された品質特性を達成することである。これらの品質特性を達成するためには、必要な機械の前提条件に加えて、入ってくる材料と処理された材料の分析が必要である。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、熱可塑性プラスチックなどの材料を調製、処理、および／またはリサイクルするための方法および装置を提供することであり、これにより、プロセスの最終製品において所望の品質特性を達成するために、調製プロセスを同時に監視および制御する可能性を有する材料の調製が、簡素かつ効果的な方法で提供される。
【０００５】
本発明は、請求項１に記載の特徴による方法により、この目的を達成する。本発明によれば、
−材料は、受入容器、特にカッターコンパクタまたは前処理ユニット（ＰＣＵ）内で移動および混合され、必要に応じて、加熱、粉砕、および／または軟化され、受入容器内の材料は、塊状または粒子状のままであり、全体にわたって溶融しておらず、
−受入容器内を移動する塊状または粒子状材料は、分光学的および／または分光計的にインラインで分析または測定され、このようにして決定された測定値は、各場合に測定される材料に関する情報、特にそれぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを取得するために使用されることが提供される。
【０００６】
本発明による方法をこのように構成することで、受入容器内を移動する材料をインラインで分光学的および／または分光計的に検査することができ、このようにして材料に関する情報、例えば、添加剤または充填材の含有量やポリマーの組成を得ることができるので、その情報に従って処理プロセスを制御することができ、例えば、充填材またはポリマーを添加することができる。このようにして、プロセス最終製品の望ましい品質特性または特性を正確に調整することができる。
【０００７】
この場合、「インライン」とは、受入容器内の材料の分析または測定が調製および／または処理プロセスラインに統合され、材料の調製および処理中にラインで直接行われることを意味すると理解される。
【０００８】
これにより、どのタイプの材料を処理するかは関係ない。本発明による方法または本発明による装置は、塊状または粒子状材料の粒子が全体として流体のように振る舞う、つまり常に動いている限り、例えば、食品、木材、紙、または岩石の粒子の調製、処理、および／またはリサイクルにも使用することができる。移動の方向は重要ではない。したがって、受入容器内の粒子は、例えば、受入容器を通る流れの方向、および回転する混合および／または粉砕ツールの半径方向に移動することができる。
【０００９】
受入容器の内部に位置して回転する塊状または粒子状材料の少なくとも一部が、物理的効果、特に電磁放射によって励起され、その効果に対する反応として生成される測定信号、特に測定される材料上で散乱された電磁放射の特性スペクトルが、好ましくは分光測定的に検出される場合には、受入容器内に位置する材料の特に正確な検査が達成され得る。
【００１０】
受入容器内に存在する材料の測定または分析において、化学物質を特定するための複数の異なる物理的プロセスを使用できるようにするために、分光学的および／または分光計的測定が、原子分光法または分子分光法によって行われることを提供することができる。これらは、例えば、ラマン分光法、ＮＩＲ分光法、ＵＶ／ＶＩＳ分光法、蛍光分光法および／または吸収分光法であってもよい。
【００１１】
例えば、光から材料にエネルギーが伝達され、逆に材料から光にエネルギーが伝達されるラマン効果を特に対象を絞った使用を確実にするために、赤外光、可視光および／またはＵＶ光の範囲の光を励起に使用することができる。特に、１００〜１４００ｎｍ、好ましくは５００〜１０００ｎｍの範囲の波長を有する光を使用することができる。それに加えて、またはその代替として、特に１００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長域および／または１５ｍＷ〜５Ｗの範囲、好ましくは１００〜５００ｍＷの出力で、レーザーによる励起が可能である。
【００１２】
検出された光を分析して、材料、特に熱可塑性プラスチック材料の特有の定量的および／または定性的パラメータ、あるいはプロセス中にこれらのパラメータの変化をインラインで検出する場合には、プロセス最終製品の物理的特性や品質特性の特に簡素かつ対象を絞った制御が達成され得る。この情報またはパラメータは、プロセスを監視および／または制御するため、ならびに／あるいは受入容器内のプロセス制御を制御するために有利に使用することができる。これは、例えば充填材を添加することにより、材料の調製中のパラメータの変化に対する直接反応が可能であり、その結果、プロセス最終製品の特性を目標通りに制御できることを意味する。
【００１３】
検出された測定信号を特に良好な品質で、すなわち低バックグラウンドノイズで測定できるようにし、かつ励起電磁放射を放出する励起源を可能な限り小さく保つために、材料を励起する電磁放射を、受入容器の内部で容器壁の真後ろ、好ましくは容器壁から１０ｃｍ以内の距離にある焦点に集束させるようになっている。
【００１４】
測定信号の検出時に、測定対象となる材料粒子の表面汚染やコーティングの影響を受けないことを特に信頼性の高い方法で保証するために、物理的効果、特に電磁放射によって励起される測定スポットの断面積が０．１ｍｍ〜５ｍｍ、特に１ｍｍ〜３ｍｍ、材料への浸透深さが０．３μｍ〜３０μｍ、特に８μｍ〜１５μｍで規定される体積範囲を規定することができる。
【００１５】
このようにして、個々の粒子を分析することができ、励起は、例えば色でコーティングされていないそれぞれの粒子の深い領域に到達し、その結果、粒子の代表的な測定値を得ることができる。
【００１６】
十分な測定対象物が物理的効果によって励起され、測定が外来光の影響を受けないことを特に信頼性の高い方法で保証するために、材料を励起する物理的効果、特に電磁放射が、受入容器の内部に、あるいは、
−動作中の受入容器内の材料または材料粒子の充填レベル未満の位置、
−底部または混合および／または粉砕ツールから高さおよび／または距離をおいた位置であって、物理的効果、特に電磁放射は、受入容器内に配置または回転している材料粒子の方法で定義された所定の充填レベル未満、ならびに／あるいは、材料粒子の移動および／または回転中に形成される混合流のレベル未満に常にある、位置、
−受入容器および／または混合流内の材料の方法で定義された所定の充填レベルの中央の３分の１の範囲のレベルの位置、
−移動および／または回転する材料粒子の密度が最も高い受入容器の領域、ならびに／あるいは
−移動および／または回転する材料粒子が受入容器の側壁に最も高い圧力を及ぼす受入容器の領域、のうちの１つまたは複数の位置で材料内に導入されるようになっている。
【００１７】
受入容器の外側領域、特に受入容器の側壁にある塊状または粒子状材料が、円周方向に移動する方向および／または主に上方に移動する方向を有する場合には、測定位置または焦点での材料の特に頻繁で定期的な交換が達成され得る。
【００１８】
塊状または粒子状材料が、半径方向に０．３ｍ／ｓ〜４５ｍ／ｓの速度で、および／または垂直方向に０．１ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓの速度で回転すると、測定位置または焦点での材料の交換のさらなる改善が保証され得る。このようにして、塊状または粒子状材料が、受入容器の外側領域、特に受入容器の側壁において頻繁かつ定期的に交換されることが達成され得る。
【００１９】
受入容器の内部に位置する材料に関する情報を導き出すための特に正確な可能性は、受入容器の内部に位置し、そこで回転する塊状または粒子状材料、特に材料の個々の粒子が、物理的効果、特に電磁放射によって複数の所定の時刻に励起され、それぞれ測定された材料、特に個々の粒子に関する情報の平均値が決定され、利用可能に保たれる場合に提供され得る。これは、好ましくは、これらの時刻で決定された選択された、好ましくはすべての測定値に基づいて決定された、それぞれの材料またはそれぞれの粒子の定量的および／または定性的パラメータの平均値であり得る。したがって、平均値は、個々の測定された粒子の測定値から得られる。
【００２０】
受入容器の内部に配置された材料に関する情報を得るためのさらに正確な可能性は、同時に、特に低出力の励起源によって放出される物理的効果でも十分であり、受入容器の内部に配置され、そこで回転する塊状または粒子状材料が、所定の期間、特に数秒間、物理的効果、特に電磁放射によって連続的に励起される場合に提供され得る。それぞれの期間で、それぞれの場合に測定された材料に関する共通の情報、特に定量的および／または定性的パラメータが、この期間内に継続的に決定された測定値に基づいて計算され、利用可能に保たれる。これにより、測定期間中に測定位置または焦点を超えて移動したすべての粒子の累積測定値が得られる。
【００２１】
測定対象の材料から発せられる測定信号または材料に関する関連情報を特に効果的に改ざんする可能性のある温度変化によって引き起こされる影響を補正できるようにするために、受入容器の内部の温度および／または測定される材料の温度、ならびに評価に含まれる温度情報のための調製をすることができる。測定された温度情報は、それぞれ測定された材料に関する情報、特にそれぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータの補正のための指標として役立つことができる。これに加えて、またはこれに代わるものとして、材料温度を検出し、スペクトルの補正の仕様として使用できる。
【００２２】
参照情報、特に定量的および／または定性的参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルが格納されており、それぞれ測定された材料について決定された情報、特にパラメータ、好ましくはスペクトルが、参照情報、特に参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルと比較される場合には、材料について決定された情報の特に正確な評価が保証され得る。このようにして、参照情報、特に参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルからの偏差を特に簡素な方法で決定することができ、特に受入容器および／または後続のプロセスチェーンにおけるプロセス制御の監視および／または制御のために表示および／または使用することができる。
【００２３】
本発明の目的はまた、材料、特に熱可塑性プラスチック材料を調製、処理、および／またはリサイクルするための本発明による方法を実施するための装置を提供することである。本発明は、請求項１５に記載の特性を有する装置を用いてこの目的を達成する。
【００２４】
本発明によれば、装置は、少なくとも１つの受入容器、特にカッターコンパクタおよび／または前処理ユニット（ＰＣＵ）を有し、材料のための混合および／または粉砕装置を有し、受入容器の内部を移動する塊状または粒子状材料を分析するために、または各場合に測定された材料に関する情報、特にそれぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを得るために、分光学的および／または分光測定装置を有することが提供される。
【００２５】
本発明による装置のこの構成は、受入容器内をインラインで移動する材料の分光学的および／または分光計的測定または分析を実行することを可能にする。このように、添加剤や充填材の含有量、ポリマーの組成など、材料に関する情報をインラインで把握することができるので、例えば充填材またはポリマーを添加することで、プロセスの最終製品に所望の品質特性または性質を正確に設定するために、情報に応じて処理プロセスを制御することができる。
【００２６】
本発明による装置の特にコンパクトな実施形態は、処理される材料をインラインで測定および分析できるようにするもので、材料の混合および／または粉砕装置を備えた少なくとも１つの受入容器、特にカッターコンパクタと、受入容器の内部を移動する塊状または粒子状材料の一部をインラインで測定するための少なくとも１つの分光学的および／または分光測定装置と、測定装置とデータ通信する処理および制御ユニットと、を含む場合に提供され得る。
【００２７】
この場合、測定装置は、物理的効果、特に電磁放射を放出して、回転する塊状または粒子状材料を励起し、その作用に応答して生じる測定信号、特に測定される材料上で散乱された電磁放射の特性スペクトルを、好ましくは分光測定的に検出するように有利に設計されている。
【００２８】
この場合、処理および制御ユニットは、測定装置を制御し、物理的効果、特に電磁放射を放出し、結果として得られる測定信号を検出し、このようにして決定された測定値を利用可能にし、必要に応じて、決定された測定値に基づいて、それぞれの測定材料に関する情報、特にそれぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを導出し、利用可能に保つように有利に設計されている。
【００２９】
受入容器が側壁を有し、本質的に円錐形または円筒状であるか、または円錐形または円筒状の壁セクションを有し、さらに必要に応じて下部底面を有する場合には、材料の調製、処理、またはリサイクルに特に適した受入容器が提供され得る。
【００３０】
調製される塊状または粒子状材料を移動および混合し、任意選択で加熱、粉砕および／または軟化するための少なくとも１つの回転式の混合および／または粉砕ツールが、混合および／または粉砕装置として、特に垂直回転軸を中心に回転可能なように受入容器に配置され、受入容器内で動作中に渦および／または混合流が形成され得る場合には、多種多様な材料の特に効率的調製が保証され得る。
【００３１】
粒子の過剰な混合が望ましくない用途では、材料が渦を形成して大部分が１つの平面でのみ回転することが有利に達成され、その一方で、材料は受入容器の長手方向軸に沿って、例えば２ｍ／ｈの速度で、例えば約０．３ｍ／ｓの円周方向速度で通過することができる。特に良好な混合が望まれる用途では、混合流を形成することができる。
【００３２】
塊状または粒子状材料が半径方向に０．３〜４５ｍ／ｓの速度で回転し、および／または垂直方向に０．１〜６０ｍ／ｓの速度で回転するように、混合および／または粉砕ツールの円周方向速度が選択される場合には、受入容器内の材料の特に効果的な調製が達成され得る。このようにして、材料が測定位置または焦点で絶えず交換されることも有利に保証される。
【００３３】
受入容器に、特に受入容器の側壁に開口部が形成され、その開口部を介して前処理されたプラスチック材料が受入容器の内部から排出され、少なくとも１つのコンベヤ、特に押出機が、開口部から出てくる前処理された材料を受け入れるためのハウジング内で、少なくとも１つのスクリューが回転し、特に可塑化または凝集するように配置されている場合には、受入容器からの調製された材料の特に簡素な排出が保証され得る。
【００３４】
排出のさらなる簡素化のために、受入容器の開口部は、最も底部に近い最も低い混合および／または粉砕ツールの高さの領域に配置することができ、ハウジングは、スクリューによって把持される材料のために、その端面またはそのケーシング壁に配置され、開口部に接続された供給開口部を有することができる。
【００３５】
本発明による装置の測定装置の特にコンパクトな実施形態は、測定装置が、動作中に受入容器の内部に配置されてそこで回転する塊状または粒子状材料の少なくとも一部に対して物理的効果、特に電磁放射を放出するために、受入容器の内部に作用するか、または指示される少なくとも１つの励起源と、効果に応答して生じる測定信号、特に測定された材料上で散乱された電磁放射の特性スペクトルを検出するための少なくとも１つの検出器、特に分光器と、を含む場合に提供され得る。
【００３６】
この場合、励起源は、例えば、受入容器の容器壁の方向から、または混合および／または粉砕ツールから開始して、または受入容器の底面から受入容器の内部に作用することができる。
【００３７】
処理および制御ユニットが、動作に応じて生じる測定信号の分光計的および／または分光学的分析、特に測定された材料上で散乱された電磁放射の特性スペクトルの分析を行うように設計されている場合には、受入容器内の材料粒子の特に信頼性の高い特性評価が達成され得る。
【００３８】
励起源および／または検出器および／または処理および制御ユニットが、受入容器から物理的に離れているか、または、特に光ファイバシステムおよび／または光ガイドを介して、振動のない方法で受入容器に結合されている場合には、受入容器から発せられる本発明による装置の測定装置の励起源および／または検出器に対する外乱の影響を回避する特に簡素な可能性が提供され得る。
【００３９】
受入容器内に存在する材料の励起および化学分析のために多様な物理的プロセスを利用できるようにするために、測定装置が、原子分光法または分子分光法、特にラマン分光法、ＮＩＲ分光法、ＵＶ／ＶＩＳ分光法、蛍光分光法および／または吸収分光法のための装置、特に検出器から構成されていることが提供され得る。
【００４０】
受入容器内の材料を、異なる波長域の光に対する反応に基づいて分析または特性評価できるようにするために、赤外線、可視光および／またはＵＶ光の範囲、特に１００〜１４００ｎｍ、好ましくは５００〜１０５０ｎｍの範囲の光を放出するように励起源を設計することができる。
【００４１】
励起源がレーザーである場合、特に１００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長域および／または１５ｍＷ〜５Ｗの範囲、好ましくは１００ｍＷ〜５００ｍＷの出力を有する場合に、特に用途の広い励起源が提供され得る。
【００４２】
測定装置が受入容器から発生する外乱の影響をほとんど受けないように、受入容器と測定装置を同時に物理的に分離した、受入容器内の材料の特に信頼性の高い測定は、少なくとも１つの測定開口部が受入容器、特に受入容器の側壁に設けられる場合に提供され得る。この場合、測定開口部は、励起源により放出された物理的効果、特に放出された電磁放射が受入容器内の材料に作用し、受入容器からの散乱光が受入容器の外側で検出できるように設計されている。
【００４３】
測定開口部の直径が０．５〜１００ｍｍの場合には、受入容器に特にわずかな構造変化を引き起こし、受入容器の静的な弱体化を引き起こす可能性がある測定開口部が提供され得る。
【００４４】
受入容器内の材料から発せられる測定信号をほぼそのまま記録できるようにするために、測定開口部を、特に電磁放射に対して透明な材料、例えばサファイアガラスでできた窓で閉じるようにすることができる。
【００４５】
受入容器の内部の材料から発せられる測定信号の改ざんを可能な限り最小限にするために、さらに、窓が１〜１００ｍｍの厚さを有するようにすることができる。
【００４６】
窓または窓によって閉じられる測定開口部の配置によって受入容器の安定性にできるだけ影響を及ぼさないようにするために、窓の表面が平面であり、互いに平行に整列するようにすることができる。あるいは、この効果は、受入容器に面する窓の内面が受入容器の半径に凹状に適合され、受入容器の反対側に向いた窓の外面が内面に凹状に平行に形成される場合に達成され得る。
【００４７】
十分な量の材料が測定開口部を通過して搬送されることを特に信頼性の高い方法で実現するために、特に受入容器の側壁にある少なくとも１つの測定開口部が、
−底部に最も近い最も低い混合および／または粉砕ツールの高さの領域で、特にそのわずかに上または下、好ましくは混合および／または粉砕ツールの最も外側の点と側壁との間の最も狭い距離、および／または
−受入容器の高さの下３分の１の領域、の１つまたは複数の位置に配置されるようにすることができる。
【００４８】
受入容器の内部にある材料の特に正確な分析または測定を保証する測定開口部の特に有利な位置は、特に受入容器の側壁にある少なくとも１つの測定開口部が、
−動作中の受入容器内の材料または材料粒子の充填レベル未満の位置、
−底部または混合および／または粉砕ツールから高さおよび／または距離をおいた位置であって、物理的効果、特に電磁放射は、受入容器内に配置または回転している材料粒子の方法で定義された所定の充填レベル未満、ならびに／あるいは、材料粒子の移動および／または回転中に形成される混合流のレベル未満に常にある、位置、
−受入容器および／または混合流内の材料の方法で定義された所定の充填レベルの中央の３分の１の範囲のレベルの位置、
−移動および／または回転する材料粒子の密度が最も高い受入容器の領域、ならびに／あるいは
−移動および／または回転する材料粒子が受入容器の側壁に最も高い圧力を及ぼす受入容器の領域、のうちの１つまたは複数の位置に配置されている場合に達成され得る。
【００４９】
これらすべての位置で、十分に頻繁に変化する材料が測定開口部を通過し、測定が外光の影響を受けないことが保証される。
【００５０】
物理的効果、特に電磁放射によって励起される体積範囲が、０．１ｍｍ〜５ｍｍ、特に１ｍｍ〜３ｍｍの測定スポット断面積と、０．３μｍ〜３０μｍ、特に８μｍ〜１５μｍの材料への浸透深さと、によって規定されている場合に、例えば材料粒子の表面のコーティングや汚れによって、被測定物から発せられる測定信号への特に低い影響が達成され得る。
【００５１】
励起源の電磁放射を焦点に集束させるためのレンズまたはレンズ系が設けられて、特に窓の後方または真後ろ、好ましくは窓の後方最大１０ｃｍの距離に焦点が形成される場合に、測定信号の特に良好な信号対雑音比が達成され得る。
【００５２】
材料、特に熱可塑性プラスチック材料の調製またはリサイクルプロセスの特に対象を絞った制御は、処理および制御ユニットがプロセス制御ユニットと連携し、プロセス制御ユニットとデータ通信している場合に達成され得る。このようなプロセス制御ユニットは、処理および制御ユニットにより送信されたデータ、特にそれぞれ測定された材料に関する情報、好ましくはそれぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを、受入容器および／または後続のプロセスチェーンにおけるプロセス制御を監視および／または制御するために使用するように有利に設計されている。
【００５３】
プロセス最終製品の品質特性または所望の例えば光学的または物理的特性の特に効果的な制御は、プロセス制御ユニットが、処理および制御ユニットによって送信されたデータに基づいて、
−受入容器内への充填材の添加を実行し、および／または
−材料、特にポリマーを受入容器内におよび／または受入容器に接続された排出装置内に供給し、および／または
−受入容器に接続された排出装置を使用して、処理された材料、特に顆粒を受入容器から排出するように設計されている場合に保証され得る。
【００５４】
少なくとも１つの温度測定装置が処理および制御ユニットの上流に提供される場合には、測定される材料によって放出される測定信号に影響を及ぼし得る温度の影響の特に簡素な考察が提供され得る。そのような温度測定装置は、受入容器内の温度および／または材料の温度を測定し、それを処理および制御ユニットに送信するように設計されている。この場合、処理および制御ユニットは、少なくとも１つの温度測定装置によって決定された測定値を使用して、それぞれ測定された材料について決定された情報、特に測定された材料上で散乱された電磁放射の温度に依存する特性スペクトルに対する温度の影響を補正し、このようにして補正された情報、特にスペクトルを利用可能に保つように有利に設計されている。
【００５５】
温度の影響の特に正確な補正は、温度測定装置が、少なくとも１つの測定開口部と同じ高さ、特に同じ位置で受入容器内に配置される場合に達成され得る。
【００５６】
受入容器の内部に位置する材料に関する特に信頼性の高い情報を得る可能性は、処理および制御ユニットが、
−物理的効果、特に電磁放射を繰り返し放出するように、測定装置、特に励起源を複数の所定の時刻に駆動し、
−測定装置、特に検出器によってこれらの時刻で決定された選択された、好ましくはすべての測定値に基づいて決定された、各場合に測定された材料、特に個々の測定された粒子、好ましくは当該材料の定量的および／または定性的パラメータに関する情報の平均値を計算し、利用可能に保つように設計されている場合に提供され得る。
【００５７】
有利には、特に低出力の励起源で十分であって、受入容器内の材料に関する信頼性の高い情報を導出するためのさらなる可能性は、処理および制御ユニットが、
−物理的効果、特に電磁放射を、所定の期間、特に数秒間連続して放出するように、測定装置、特に励起源を駆動し、
−測定装置、特に検出器によってこの期間内に連続的に決定された測定値に基づいて、それぞれ測定された材料に関する共通の情報、特に定量的および／または定性的パラメータをそれぞれの期間について計算し、利用可能に保つように設計されている場合に提供され得る。
【００５８】
処理および制御ユニットによって決定されたスペクトルなどの情報の特に簡素な評価または分析は、処理および制御ユニットがメモリを含み、参照情報、特に定量的および／または定性的参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルがメモリに格納され、
処理および制御ユニットが、それぞれ測定された材料について決定された情報、特にパラメータ、好ましくはスペクトルを、参照情報、特に参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルと比較し、参照情報、特に参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルからの偏差を決定し、特にプロセス制御ユニットおよび／または表示ユニットにそれを転送するように設計されている場合に提供され得る。
【００５９】
この場合、測定装置は、励起源および検出器を含むスペクトルの記録または表示ならびに定量的および／または定性的分析のための装置を意味すると理解される。これにより、励起源と検出器が互いに一致する。そのような測定装置は分光計であり得る。
【００６０】
この場合、検出器は、放射線または他の物理的測定値を検出してスペクトルに分解するための装置を意味すると理解され、この検出器は、測定装置に統合することができる。そのような検出器は分光器であり得る。
【００６１】
本発明のさらなる利点および構成は、説明および添付の図面から明らかになる。
【００６２】
本発明は、非限定的であると理解されるべきであり、例示として図面を参照して説明される特に有利な例示的な実施形態に基づいて、以下の図面に概略的に表されている。
【００６３】
それらは概略的に次のことを示す。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】材料、特に熱可塑性プラスチック材料を調製、処理、および／またはリサイクルするための、受入容器に接続されたラマン分光計を備えた本発明による装置の例示的な実施形態を示す図である。
【図２】温度測定装置を備えた図１の装置の例示的な実施形態を示す図である。
【図３ａ】測定装置の受入容器への結合を示すさらなる図である。
【図３ｂ】測定装置の受入容器への結合を示すさらなる図である。
【図４】測定装置の受入容器への結合を示すさらなる図である。
【図５】異なる波長でのストークス線と反ストークス線の例を示す図である。
【図６】異なる波長でのストークス線と反ストークス線の例を示す図である。
【図７】充填材としてＣａＣＯ３の含有量が異なるＬＰＤＥ材料の記録されたスペクトルを示す図である。
【図８】図７のスペクトルから導出されたプロセス期間中のＣａＣＯ３含有量の変化を示す図である。
【図９】異なる組成のＰＰおよびＰＥ材料の混合物の記録されたスペクトルを示す図である。
【図１０】異なる測定時刻について図９のスペクトルに基づいて決定されたＰＰおよびＰＥ含有量を示す図である。
【図１１】異なる測定時刻でのスペクトルに基づいて決定されたＰＡおよびＰＥの含有量を示す図である。
【００６５】
一般
熱可塑性または部分的に熱可塑性の材料の調製のかなりの部分は、カッターコンパクタと押出機の組み合わせ、つまりカッターコンパクタ、いわゆる「前処理ユニット」ＰＣＵと押出機のアセンブリの動作中に、カッターコンパクタによって引き継がれる。そのようなカッターコンパクタまたはそのような前処理ユニットＰＣＵは、以下では、受入容器１と呼ばれる。
【００６６】
この場合、受入容器１は、混合および／または粉砕装置、すなわち、主にコンベヤ、例えば押出機５の下または隣の点から上方に構築される攪拌切断循環ツールなどを収容することができる本質的に円筒状の容器である。ツールは、切断、攪拌、混合、またはそれらの組み合わせとして設計することができる。そのような装置は、例えば、欧州特許第２６８９９０８（Ｂ１）号明細書または欧州特許第２５２５９５３（Ｂ１）号明細書または欧州特許第１２３７７１号から公知である。
【００６７】
処理される材料は、本質的に流体のように動作する。それは、既に塊状で存在しているか、ツールによってそのような塊状にされるかのどちらかである。切断、攪拌、および／または混合することにより、エネルギーが材料に導入され、材料が均一に加熱され、材料粒子の厚さに関係なく完全な加熱が達成される。軟化することにより、伸びの回帰により、かさ密度が増加する可能性がある。さらに、加熱は、一部が望ましくない揮発性物質がより簡単に逃げることができるという前提条件を形成する。さらに、熱可塑性ポリマーの種類によっては、結晶化の変化などの構造変化が生じる場合がある。
【００６８】
次に、完成した調製された材料は、連続的にまたはバッチで、受入容器１から排出することができる。適切な排出装置またはコンベヤは、材料が少なくとも純粋な遠心力によって排出されるように取り付けられたフラップ、コンベヤスクリューまたは押出機スクリューである。しかし、傾斜や落下による強制排出も可能である。さらに、運搬ツールを受入容器１に導入することもでき、前処理された材料を排出することができる。連続動作の場合、好ましい変形例は、材料の連続排出である。
【００６９】
電磁放射などの物理的効果と材料との相互作用に基づいて、例えば、ＮＩＲ、ラマン、ＭＩＲなどの周波数スペクトル分析法のように、放射または波動に基づいて試料のエネルギースペクトルを分析する物理的方法は、プラスチックのリサイクルにおいて古くから議論されてきた。本発明に関連して、そのような物理的方法は、例えば、レーザーによるような物理的励起によって化学物質を同定するための方法を意味すると理解される。この励起は、回転、振動、フォノン、スピンフリップなどのプロセスを励起し、これらが電荷キャリア密度の変化につながり、化学物質の識別に使用できる。
【００７０】
場合によっては、そのような物理的方法は、プラスチックリサイクルの選別プロセスで使用される。例えば、光学選別システムでは、ＦＴ−ＮＩＲを使用して様々な種類のプラスチックを分離する。本質的に、ここには塊状の分離した材料が存在し、それが良い／悪いの原則に従って選別される。同様のシステムが、実験室で、またはハンドヘルド装置としての材料識別に使用される。
【００７１】
押出技術では、これまでこの種の方法は、成分の溶融状態と特性評価にのみ実験的に使用されてきたが、それは、統計的な前提条件、すなわち測定範囲が小さいこと、測定時間が長いこと、ポリマー混合物の場合には均質性が低いこと、溶融物への浸透深さが低いこと、多くのポリマーの場合には壁に付着すること、すなわち材料が交換されないことなどにより、主に単一のポリマーについてのみ合理的な方法で記述することができるからである。
【００７２】
押出機でのフレークやポリマーメルトの選別に分光測定システムを使用するのとは対照的に、インラインでのプロセスモニタリングや、必要に応じて制御を行うためのこのような分光測定は、上記のような制限、つまり、高温で軟化した、しかし常に塊状で溶けていない粒子状材料の粒子の場合は、さらに容器の中で急速に旋回し、必然的に温度が変化するので、カッターコンパクタシステムではまだ使用されていない。
【００７３】
例えば電磁放射などの物理的効果と材料との相互作用に基づき、例えば放射線や波動に基づいて試料のエネルギースペクトルを解析する物理的方法の測定システムは、本質的には、例えばレーザー光や赤外光などの励起により材料から反射されたスペクトルを検出し、それを直接評価するか、ライブラリと比較する体積測定システムである。このため、測定の頻度と記録された「体積範囲」は、達成された測定結果がどれだけ代表的であるかに影響する。
【００７４】
そのような物理的方法の一例は、ラマン分光法である。以下では、いくつかの基本的な特徴について簡単に説明する。
【００７５】
ラマン分光法を分子に適用できるようにするには、分子の回転または振動中に分極率を変化させる必要がある。ラマン分光法では、分析対象の材料に、通常はレーザーからの単色光が照射される。照射周波数（レイリー散乱）に加えて、試料で散乱された光のスペクトルでさらに周波数が観察される。照射された光に関する周波数差は、材料に特徴的な回転、振動、フォノン、またはスピンフリッププロセスのエネルギーに対応する。得られたスペクトルから、赤外分光法からのスペクトルと同様に、分析中の物質について結論を導き出すことができる。ラマンスペクトルで発生する線は、ストークス線または反ストークス線とも呼ばれる。
【００７６】
その理由は、光と物質の相互作用、いわゆるラマン効果にあり、光から物質へ（スペクトルの「ストークス側」）、あるいは物質から光へ（スペクトルの「反ストークス側」）エネルギーが移動する。光の波長、すなわちその色は光のエネルギーに依存するので、このエネルギー移動は、照射された光に対する散乱光の波長のシフト、いわゆるラマンシフトに影響を与える。とりわけ、次の材料特性は、スペクトル、すなわち周波数および関連する強度、ならびに散乱光の偏光から導出することができる。すなわち、結晶化度、結晶配向、組成、ひずみ、温度、ドーピングおよび緩和である。
【００７７】
分子のラマン散乱は通常、例えば約１０−３０ｃｍ２の非常に小さい散乱断面積を有する。散乱断面積は、測定対象の分子が入射放射線または入射粒子と相互作用する確率の尺度である。したがって、散乱断面積が小さい場合、検出可能な信号を得るためには、比較的高濃度の分子または高いレーザー強度、すなわち多数の粒子が必要である。したがって、一部の分子はラマンスペクトルを得ることができない。
【００７８】
異なる供給源および／または異なる組成のプラスチックなどの材料を、再利用のための機械的特性および／または光学的特性などの定義された品質特性が得られるように調製するためには、必要な技術的機械の要件に加えて、供給される材料と加工された材料の分析が必要である。
【００７９】
そのような分析のために、測定装置が好ましく使用され、それは特に
−絶対値を出力できて、
−較正、保守、操作が簡単であって、
−オンラインで機械に統合できて、
−堅牢で、３６５日／２４時間の運用向けに設計されており、
−機械制御に統合する必要があり、
−様々な未知の材料成分を柔軟に検出できる。
【００８０】
さらに、システム上の複数の測定点を１つのシステムでカバーできる必要があり、測定装置のコストなどの経済的側面も重要である。
【００８１】
ラマン分光法による分析には、有機および無機成分の絶対測定と分析、および簡単な較正プロセスを実行するという追加の利点がある。ラマン分光法はまた、処理される材料の組成に関する事前の知識がほとんどなくても管理することを可能にする。これは、特にポストコンシューマーセクターで非常に重要であり、ポストコンシューマーセクターでは、モデルで実際の操作で発生する可能性のある材料のすべての組み合わせを表すことはほとんど考えられないが、他の測定概念では必要な基礎として必要である。
【００８２】
別の可能性は、例えば、放射または波動に基づいて試料のエネルギースペクトルを調べるための物理的方法として近赤外線（ＮＩＲ）分光法を使用することであり、プラスチック製品の品質に対する要求が高まり、生産コストや調製コストを削減する必要があるため、プロセスに関連する品質パラメータをできるだけ早い段階で捕捉する、迅速で信頼性の高い制御方法を使用する必要がある。これを行うことができる１つの方法は、高速近赤外線（ＮＩＲ）分光法である。
【００８３】
ＮＩＲ分光法の測定セットアップは、産業環境でほとんど労力をかけずに実施することもできる。特別な試料調製は必要なく、測定自体は非破壊的である。測定は、顆粒、粉末、または完成品で実行できる。
【００８４】
さらに、この方法では、ポリマーフラクションは、既に前処理ユニットＰＣＵまたはカッターコンパクタで品質管理され得る。この制御は、例えば、ポリマー混合物の組成またはプラスチックの含水率に関する情報を提供する。その結果、欠陥のあるバッチを回避でき、品質特性を継続的に文書化できる。
【００８５】
ＮＩＲ技術は現在、プラスチック業界、例えば選別プロセスで限られた範囲でしか使用されていない。現在、企業では入口および出口の制御が日常的に行われている。この手法には高いコストと時間がかかる。これらのテストに加えて、試料の作成と調製も必要になることがよくある。ラマンまたはＮＩＲ技術を使用する場合、試料調製は有利に省略される。さらに、ＮＩＲ分光法を使用して作成されたケモメトリックスモデルに基づいて、テストする材料に関するステートメントを簡単かつ数秒で作成できる。
【００８６】
本発明による装置の例示的な実施形態
本発明の目的は、生産プラントでのインラインプロセス制御または押出プラントでの連続プロセス監視を提供することである。これは、ユーザにとって十分な精度で再現性よく測定できる材料特性を決定することを目的としている。
【００８７】
必要な特性は、例えば、
−湿気
−添加剤／充填材の含有量
−定性的および定量的な色の含有量
−ポリマーの組成、コモノマーの含有量
−架橋または架橋度（ゲル化）の検出である。
【００８８】
これらのパラメータが測定および分析される。材料、特に熱可塑性プラスチック材料を調製、処理、および／またはリサイクルするための本発明による装置の例示的な実施形態を以下に説明するが、これらのパラメータに関する情報は、ラマン分光法またはＮＩＲ分光法などの物理的方法によってインラインで得ることができる。
【００８９】
本発明による装置の２つの例示的な実施形態は、図１および図２、ならびに図３ａ、図３ｂおよび図４にさらに詳細に示されている。図１から図４に見られるように、装置は、既に上で説明した受入容器１、すなわち、カッターコンパクタまたは前処理ユニットを含む。示される例示的な実施形態では、受入容器１は、側壁２を有し、円筒状の設計であり、下部底面３を有する。あるいは、受入容器１はまた、本質的に円錐形に形成され得るか、または円錐形または円筒状の壁セクションを有することができる。
【００９０】
受入容器１はさらに、底部３の近くに配置された混合および／または粉砕装置を含む。図１〜図４の例示的な実施形態では、受入容器１は、混合および／または粉砕装置として、垂直回転軸９を中心に回転することができる回転式混合および／または粉砕ツール４を有する。混合および／または粉砕ツール４は、移動および混合するために使用され、必要に応じて、処理される塊状または粒子状材料を加熱、粉砕および／または軟化するためにも使用され、動作中、混合流が受入容器１内に形成される。
【００９１】
本発明による受入容器１において、材料は、通常、塊状または粒子状の形態で、例えば、粉砕された材料またはフィルムチップとして存在する。この場合、そのようなフィルムチップは、例えば、約１０μｍの厚さを有し、数ｍｍまでのフィルム構造に個々のポリマー層が存在することが既に可能である。フィルムチップは、かなり平らな構造になる傾向があると想像することができる。他の２つの寸法は、数ｍｍから約３０ｍｍから５００ｍｍの範囲である。しかし、ほんの数ｍｍにすることもできる。サイズは基本的に前処理によって決定される。
【００９２】
粉砕材料は、約３０ｍｍから５０ｍｍまでの寸法を有することができる。立方体またはボール状または球形の形態がしばしば形成される。しかし、ほこりや微粒や顆粒などの小さな構造物も使用できる。
【００９３】
材料が流体と同様に振る舞い、約１ｍ／ｓから１００ｍ／ｓの円周方向速度を有する混合および／または粉砕ツール４によって流れの形で循環し続けることが不可欠である。混合および／または粉砕ツール４の円周方向速度は、好ましくは、塊状または粒子状材料が０．３〜４５ｍ／ｓの速度で半径方向に、および／または０．１〜６０ｍ／ｓの速度で垂直方向に回転するように選択される。
【００９４】
材料は、本質的に、受入容器１の高さの０〜８０％の範囲にある。受入容器１の外側の材料、すなわち例えば側壁２には、円周方向の移動方向と、主に上向きの移動方向の両方がある。側壁２、またはそこにある測定位置の材料は、頻繁かつ定期的に交換することが不可欠である。
【００９５】
例えば、フィルムまたは繊維加工の場合、受入容器１内の材料は、約１０〜１５分の平均滞留時間を有する。材料は約１５ｍ／ｓで半径方向に循環する。したがって、特定の体積セグメントは、測定位置で側壁２を４０〜２００回通過する。このため、長期間の測定も可能であり、すなわち測定中に統合されるだけでなく、短時間で多数の測定を行うこともできる。すなわち、測定の意味を高めるために、評価に統計的手法を使用することができるが、これについては、以下で詳しく説明する。
【００９６】
図１において、例えば、混合および／または粉砕ツール４の高さの領域において、排出のために受入容器１の側壁２に開口部８が形成されていることが詳細に分かる。前処理されたプラスチック材料は、この開口部８を通って受入容器１の内部から排出される。複数の混合および／または粉砕ツール４が受入容器１に配置される場合には、開口部８は、底部に最も近い最も低い混合および／または粉砕ツール４の領域に配置することができる。
【００９７】
例示的な実施形態では、ハウジング１６内で回転する、例えば可塑化または凝集するスクリュー６を備えたコンベヤ、例えば押出機５は、開口部８から出てくる前処理された材料を受け取る。図１および図２のように、コンベヤのハウジング１６は、スクリュー６によって把持される材料のための供給開口部８０を有することができ、その供給開口部は、その端面またはそのケーシング壁に配置される。この供給開口部８０は、材料が受入容器１の内部から出てくる開口部８と連通している。
【００９８】
本発明による装置は、受入容器１の内部を移動する塊状または粒子状材料を分析するために、またはそれぞれ測定された材料に関する情報、特にそれぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを得るために、分光学的および／または分光測定装置１０をさらに含む。これは、例えば、放射または波動に基づいて試料のエネルギースペクトルを検査するための前述の物理的方法に基づく測定装置１０である。
【００９９】
受入容器１と組み合わされたそのような分光学的および／または分光測定装置１０の例示的な実施形態が、図１〜図４に示されている。測定装置１０は、受入容器１の内部をインラインで、すなわち連続処理動作中に移動する塊状または粒子状材料の少なくとも一部を測定する。
【０１００】
本発明による装置の測定装置１０は、回転する塊状または粒子状材料の少なくとも一部を励起するために、例えば、電磁放射、音、電圧、または磁場などの物理的効果を放出する。示される例示的な実施形態では、これは、受入容器１の内部に作用するまたは導かれる励起源１１によってもたらされる。任意選択で、複数のそのような励起源１１も設けられ得る。
【０１０１】
示される例示的な実施形態では、励起源１１は、材料を励起するために電磁放射を放出する。測定材料上に散乱された電磁放射の特性スペクトルなどの効果に応答して生成された測定信号は、測定装置１０によって検出される。この目的のために、測定装置１０は、効果に応答して生じる測定信号、特に測定された材料上に散乱された電磁放射の特性スペクトルを検出するための少なくとも１つの検出器１２を含む。図１〜図４の例示的な実施形態では、検出器は分光器１２である。
【０１０２】
図１および図２は、測定装置１０としてのラマン分光計の、受入容器１または前処理ユニットＰＣＵへの構造的接続を示している。この場合、ラマンプローブは、レンズ系２２を備えた測定ヘッド２４として、受入容器１内を移動する粒子の通常の材料レベルまたは充填レベルよりも低い高さで、受入容器１に横方向に接続される。図１および図２に見られるように、励起源１１によって放出された光の光出力と、受入容器１からの散乱光の検出器１２の検出入力の両方が、測定ヘッド２４内で組み合わされる。
【０１０３】
しかし、励起源１１により放出された光の受入容器１の内部方向へのビーム経路と、受入容器１からの散乱光の検出器１２方向へのビーム経路とを、互いに別々に実現することも可能である。検出器１２を測定ヘッド２４に統合することも可能である。この場合、測定ヘッド２４を冷却することができる。
【０１０４】
あるいは、受入容器１内の材料の分光学的および／または分光計的分析のために、測定装置１０は、原子分光法または分子分光法のための検出器１２、特にラマン分光法、ＮＩＲ分光法、ＵＶ／ＶＩＳ分光法、蛍光分光法および／または吸収分光法のための装置を含んでもよい。
【０１０５】
図１〜図４の例示的な実施形態では、測定装置１０は、測定装置１０、具体的には励起源１１および検出器１２とデータ通信する処理および制御ユニット４０をさらに含む。一方では、処理および制御ユニット４０は、物理的効果を放出するために、特に電磁放射を放出するために、測定装置１０を制御する。
【０１０６】
他方、処理および制御ユニット４０は、測定装置１０を駆動して、結果として生じる測定信号、特に散乱された電磁放射の特性スペクトルを検出し、このようにして決定された測定値を利用可能に保つ。
【０１０７】
図１および図２に概略的に詳細に示すように、励起源１１、検出器１２、および処理および制御ユニット４０は、光ファイバシステムおよび／または光ガイド１４を介して振動のない方法で受入容器１に結合される。あるいは、励起源１１、検出器１２、および処理および制御ユニット４０は、代替として、受入容器１から物理的に離間して、または、例えば、受入容器１上の保持装置によって配置することもできる。
【０１０８】
例えば、レーザーが励起源１１として使用される場合、図１および図２の例示的な実施形態のように、光ファイバによって検出器１２を受入容器１から切り離すことが有利である。レーザーもしくは励起源１１および検出器１２（フリービームシステム）に光ファイバが使用されていない場合には、センサシステムの振動のない結合は、間隔を空けることによって達成されるべきである。
【０１０９】
光ファイバを使用する場合、温度変動、振動などの影響を受けやすい受入容器１から、処理および制御ユニット４０とセンサシステムまたは検出器１２とを切り離すことが容易になる。例示的な実施形態では、光ファイバは、対応する信号の減衰を最小限に抑えるために、１００ｍ未満、例えば３０ｍ〜５０ｍ未満、好ましくは１５ｍ未満の長さを有するように選択され、したがって、有利には、より低いレーザー強度が必要とされ、信号対雑音比が改善されるので、コスト削減にもつながる。
【０１１０】
光学素子および撮像システムは、好ましくは、例えば、空気パージ、乾燥空気、Ｎ２パージなどの適切な手段によって実施され、ほこり、湿気、温度、昇華物などのような環境の影響から保護される。
【０１１１】
受入容器１には、少なくとも１つの測定開口部２０が配置されており、受入容器１の内部の材料の測定が可能である。図１および図２に詳細に見られるように、例示的な実施形態では、それは、受入容器１の側壁２に配置されている。例示的な実施形態では、励起源１１によって放出される物理的効果は、放出される電磁放射であり、測定開口部２０を介して受入容器１の内部の材料に作用する。
【０１１２】
測定開口部２０は、直径０．５〜１００ｍｍを有することができ、電磁放射などの物理的効果に対して透明である、例えばサファイアガラスのような材料で作られた窓２１によって閉じることができる。そのような窓２１は、センサシステム、すなわち測定装置１０と測定される材料との間の効果的な分離をもたらす。
【０１１３】
図１〜図４の例示的な実施形態では、測定開口部２０は、受入容器１の高さの下３分の１の領域で、受入容器１の側壁２に配置されている。あるいは、測定開口部２０は、底部に最も近い最も低い混合および／または粉砕ツール４の高さの領域に、特にそのやや上または下に、好ましくは混合および／または粉砕ツール４の最外点と側壁２との間の最も狭い距離の外側に配置することもできる。
【０１１４】
測定される材料からの最短距離がこの位置で実現され得るので、測定装置１０の好ましい構築位置は、受入容器１上で横方向にある。励起システム、すなわち、レーザーまたはＮＩＲ源などの励起源１１と、測定システム、すなわち、検出器１２および測定される材料との間の距離は、好ましくは、可能な限り小さくなければならない。このようにして、一方で、励起源１１、すなわち光源は、有利に小さく保つことができ、同時に、光強度が１／ｒ２で減少するので、良好な測定信号が保証され、ここで、ｒは検出器１２と測定される材料との間の距離である。
【０１１５】
受入容器１の横構造の場合、材料の密度および側壁への圧力が最も高くなる位置を選択することが好ましい。
【０１１６】
受入容器１、すなわちカッターコンパクタまたはＰＣＵ上に配置された測定装置１０、例えばラマン分光計を有する、材料、特に熱可塑性プラスチック材料の調製、処理および／またはリサイクルのための本発明による方法の好ましい例示的な実施形態を以下に説明する。
【０１１７】
測定される材料は、十分な周波数で測定装置１０のセンサシステムを通過する必要があり、材料は励起源１１の焦点２３を通過しなければならない。励起源１１の電磁放射を焦点２３に集束させるために、例示的な実施形態では、レンズまたはレンズ系２２が提供され、図１および図２の詳細を参照されたい。焦点２３は、窓２１に、または窓２１の真後ろに、好ましくは窓２１の後ろに最大１０ｃｍの距離で配置される。材料が焦点２３にあるので、特にかさ密度の低い材料の場合、この焦点２３において回転する材料が受入容器１または受入容器１の側壁２に及ぼす接触圧力が高いほど、測定信号の強度は高くなる。
【０１１８】
焦点２３がさらに後方、すなわち受入容器１のさらに内側または材料内にある場合には、散乱効果および強度の低下は信号に悪影響を及ぼし、それに応じて信号対雑音比を低下させる。このため、受入容器１への横方向の設置は有利であり、既に上で述べたように、受入容器１の下部領域に設置することが好ましい。
【０１１９】
運動によって形成された材料粒子または混合流のレベルは、それが常に励起源１１または光源の上にあるように受入容器１内に保持されるように、本方法が受入容器１内でガイドされると有利である。
【０１２０】
したがって、本発明による装置では、材料が動作条件下で窓２１を常にカバーしている。このカバーは、５７０ｎｍ〜１００８ｎｍの周波数範囲、特に測定周波数が存在する７８５＋／−２１５ｎｍの外部光からシールドするのにも役立つ。これらは、ストークス領域では７８５＋２１５ｎｍ、反ストークス領域では７８５−２１５ｎｍであり、図５を参照されたい。ラマン効果により、光子から（ストークス散乱）分子へ、または分子から光子へ（反ストークス散乱）のエネルギー移動が発生する。両方の遷移は、個別に、および／または相互に対する比率で評価することができる。さらに、測定時間中の測定信号の良好な安定性は、大部分が連続的に覆われている測定ヘッド２４／窓２１の場合に有利に達成され得る。任意選択で、＋／−２４５ｎｍの範囲も可能であり、図６を参照されたい。
【０１２１】
既に上で述べたように、図１〜図４の例示的な実施形態の窓は、関連する周波数スペクトルが５７０ｎｍ〜１００８ｎｍの範囲、特に７８５＋／−２１５ｎｍを通過できるようにするために、サファイアガラスから有利に形成される。７８５ｎｍの波長域の用途をカバーするには、少なくとも９３１ｎｍ（ストークス）と６７８ｎｍ（反ストークス）との間の範囲を通過させる必要がある。
【０１２２】
例示的な実施形態では、窓２１の表面は平面であり、互いに平行に整列している。任意選択で、受入容器１に面する窓２１の内面も受入容器１の半径に対して凹状に適合させることができ、受入容器１の反対側に向いた窓２１の外面は内面と平行に凹状に構成され得る。
【０１２３】
既に述べたように、励起源１１は、図示する例示的な実施形態のように、赤外光、可視光および／またはＵＶ光の範囲内で、１００〜１４００ｎｍの波長域を有するレーザーとすることができ、例えば、７８０＋／−２５０ｎｍの波長域を有するレーザーとすることができる。使用できるさらに可能なレーザーは、５３２＋／−２１５ｎｍ、６３８＋／−２１５ｎｍ、８２０＋／−２１５ｎｍ、および／または１０６４＋／−２１５ｎｍの波長域をカバーすることができる。
【０１２４】
レーザー出力は、例えば、１５ｍＷ〜５Ｗの範囲であり、１００ｍＷ〜５００ｍＷが好ましい。材料は絶えず交換され、その結果、測定される材料に変化がないため、高エネルギー密度のレーザーの使用が有利に可能である。例えば非常に暗い色のポリマーの場合、高エネルギー密度が特に必要になる場合がある。
【０１２５】
さらに、積分時間に対するレーザー出力の比率に注意を払う必要がある。これは、好ましくは５ｍＷ／ｓ〜５０００ｍＷ／ｓの範囲、特に１５ｍＷ／ｓ〜１０００ｍＷ／ｓの範囲である。
【０１２６】
測定開口部２０または窓２１に配置された測定装置１０の測定ヘッド２４をレンズ系２２で冷却して、９０℃未満、より良好には６０℃未満に恒久的に維持することが望ましい。気体または液体を冷却媒体として使用できるが、ペルチェ素子も使用できる。
【０１２７】
近赤外線を使用する場合、上記の条件が適用されることが好ましい。しかし、この場合、７６０ｎｍ〜２５００ｎｍの範囲の関連する周波数スペクトルがＮＩＲを通過できるようにするために、窓を石英ガラスで構成することもできる。
【０１２８】
ラマン分光法または近赤外分光法に基づく測定装置１０の同時構築では、構築を簡素に保つために光ファイバシステムが好ましい。光ファイバシステムは、窓２１の直前に最小のスペースを必要とする。この場合、窓２１を介して両方の測定装置１０を結合することが可能であるが、異なる窓２１を介して結合することも可能である。この場合、窓２１が円周方向に実質的に同じ高さに配置されていることが有用であることが証明されている。局所的な近接が望ましいが、必須ではない。
【０１２９】
分析可能な材料の体積範囲は、測定スポットの断面積が０．１ｍｍ〜５ｍｍ、特に１ｍｍ〜３ｍｍの範囲で、材料への浸透深さが０．３μｍ〜３０μｍで規定される。実際に良好な測定値につながる浸透深さは、８μｍ〜１５μｍの範囲である。例示的な実施形態では、測定スポットの断面積は約１ｍｍ〜３ｍｍであり、その結果、約０．０００１５ｍｍ３の体積を分析することができる。このため、代表的な測定結果を達成するためには、測定の頻度または窓２１を超えて測定される材料の頻繁な移動が重要である。
【０１３０】
窓２１の前にある材料や焦点２３にある材料は、動作中に頻繁かつ定期的に交換されるという事実により、また、適合した測定頻度や対応する測定持続時間により、極めて高い精度が達成され得る。
【０１３１】
決定された測定値に基づいて、処理および制御ユニット４０は、それぞれ測定された材料、特にそれぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータに関する情報を導出し、これらを利用可能に保つ。例えば、処理および制御ユニット４０は、効果、特に測定された材料上で散乱された電磁放射の特性スペクトルに応答して生じる測定信号を分光計的および／または分光学的に分析することができる。
【０１３２】
プロセス管理および評価
上述したように、受入容器１の内部を移動する塊状または粒子状材料は、インラインで分光学的および／または分光計的に分析または測定され、このようにして決定された測定値は、それぞれの場合に測定された材料に関する情報、特に当該材料の定量的および／または定性的パラメータを得るために使用される。例示的な実施形態では、電磁放射に応答して生成された測定信号は、測定された材料上で散乱された電磁放射の特性スペクトルの形態で、好ましくは分光測定的に検出および評価される。
【０１３３】
このようにして得られた測定結果またはスペクトルの評価は、処理および制御ユニット４０によって実行され、以下のように有利に実行される。
【０１３４】
固体から部分的に軟化した状態の材料粒子が測定位置または焦点２３を頻繁に通過するため、例えば約２０〜２００ｍＷの低出力レーザーの使用を可能にする長い測定時間を使用することが可能であるが、測定結果の意味は依然として十分に正確である。
【０１３５】
この場合、処理および制御ユニット４０は、所定の期間、例えば１秒未満〜数秒または１分以上の期間に、物理的効果、例えばレーザーが放出する電磁放射を連続的に放出するように、測定装置１０または励起源１１を制御する。続いて、処理および制御ユニット４０は、それぞれの期間について、それぞれ測定された材料に関する単一の共通情報、すなわち、この期間中に測定開口部２０または窓２１を通過し、検出器１２によって検出されたすべての材料粒子を計算する。したがって、例えば、これらすべての材料粒子に対して単一の合計スペクトルを作成することができる。
【０１３６】
あるいは、処理および制御ユニット４０は、物理的効果、例えば、レーザーによって放出された電磁放射を複数の所定の時間に繰り返し放出するように、測定装置１０または励起源１１を制御することができる。したがって、各放出において、受入容器１内で回転する材料の粒子が励起され、検出器１２によって検出される後方放射を散乱させる。その後に、処理および制御ユニット４０は、個々の粒子について、測定装置１０、特に検出器１２によってこれらの時間に決定された選択された、またはすべての測定値に基づいて、各場合に測定された材料に関する情報の平均値を計算し、利用可能に保つことができる。これは、平均値が個々の粒子の複数のスペクトルから形成されることを意味する。
【０１３７】
測定される材料のために高い／より高いレーザー出力が必要な場合、材料が流れているという事実は、測定される材料が焦点２３でのレーザーの高エネルギー密度によって影響されるのを防ぐ。方法論的に、より高エネルギー密度を有する未知の材料が励起され、処理および制御ユニット４０は、任意選択で、検出器１２がその線形範囲に入るまで、レーザー出力を下方に調整する。静的測定プロセスでは、試料または材料が燃焼または溶融するため、この自動測定プロセスは使用できなかった。
【０１３８】
処理される材料の温度変化は、通常、受入容器１、すなわちカッターコンパクタまたは前処理ユニット内で行われるので、本発明による装置は、任意選択で、処理および制御ユニット４０の上流に接続される温度測定装置３０を含むこともできる。
【０１３９】
受入容器１の従来の動作モードでは、材料の温度変化はどのような場合にも起こる。材料は室温で供給されるか、または上部から受入容器１に導入され、その後に、例えば、混合および／または粉砕ツール４の動作または摩擦によって加熱される。材料は熱くなり、軟化するが、常に粒子状または塊状のままで溶けない。
【０１４０】
しかしながら、この温度変化は、このプロセスステップにおけるポリマーの構造変化の結果として、測定装置１０または検出器１２によって記録されたスペクトルの変化をもたらす。したがって、評価中に対応する補正が行われる場合、特にそれぞれ検出されたスペクトルが既存のスペクトルデータベースと照合される場合には有利である。
【０１４１】
そのような任意の温度測定装置３０は、受入容器１内の温度および／または材料の温度を測定し、それを処理および制御ユニット４０に送信する。この場合、例えば、材料の温度は、材料のエッジ層に突出した温度センサによって検出され、スペクトルの補正のための仕様として使用される。あるいは、受入容器１の容器温度も値として使用することができる。温度を検出するために、例えば光学的性質のさらなる熱測定機器も、それに応じて受入容器１に取り付けることができる。これに関連して、温度測定装置３０の設置場所を、測定開口部２０を覆う窓２１または測定装置の測定ヘッド２４に局所的に近接して配置することが特に有利である。温度測定装置３０は、受入容器１内に、例えば、少なくとも１つの測定開口部２０と同じ高さ、特に同じ位置に配置することができる。
【０１４２】
処理および制御ユニット４０は、１つの温度測定装置３０によって決定された測定値を用いて、測定されたそれぞれの材料について決定された情報、特に測定された材料上で散乱された電磁放射の温度に依存する特性スペクトルに対する温度の影響を補正し、このようにして補正された情報、特にスペクトルを利用可能に保つ。
【０１４３】
したがって、このようにして得られた温度情報は評価に含まれ、スペクトルの温度補正の指標として役立つ。したがって、例えば、受入容器１内の材料の材料温度が測定され、処理および制御ユニット４０に送られる。そこでは、測定された実際の温度は、格納された参照スペクトルとの簡単な比較を可能にするために、例えば参照温度に対してスペクトルを補正するために使用される。例えば、スペクトルの温度によって引き起こされるより高い強度へのシフトが補正される。
【０１４４】
スペクトルなどの測定された材料について得られた情報の特に簡素な評価のために、処理および制御ユニット４０は、参照情報、例えば、定量的および／または定性的参照パラメータまたは参照スペクトルが格納されるメモリを含むことができる。次に、処理および制御ユニット４０は、スペクトルなどのそれぞれ測定された材料について決定された情報を、参照スペクトルなどの参照情報と比較し、参照情報または参照スペクトルからの偏差を決定することができる。次に、この決定された偏差は、例えば、プロセス制御ユニットおよび／または表示ユニットに転送することができる。
【０１４５】
処理および制御ユニット４０は、任意選択で、プロセス制御ユニット５０と協働するか、またはそれとデータ通信することができる。このようなプロセス制御ユニットは、例えば、処理および制御ユニット４０から送信されたデータ、すなわち、それぞれの測定された材料に関する情報、例えば、それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを、受入容器１および／または後続のプロセスチェーンにおけるプロセス制御の監視および／または制御のために使用することができる。
【０１４６】
そのようなプロセス制御ユニット５０は、例えば、処理および制御ユニット４０から送信されたデータに基づいて、
−受入容器１内への充填材の添加を実行し、および／または
−ポリマー、充填材などの材料を受入容器１および／または受入容器１に接続された排出装置に供給し、および／または
−受入容器１に接続されたコンベヤなどの排出装置によって、処理された材料、特に顆粒を受入容器１から排出することができる。これについては、以下でさらに詳しく説明する。
【０１４７】
応用例
例１：
以下に、材料、特に熱可塑性プラスチック材料を調製、処理、および／またはリサイクルするための、本発明による方法または本発明による装置の第１の応用例を説明する。
【０１４８】
おむつ、生理用ナプキンなどの衛生用品の製造では、ＣａＣＯ３などの充填材の充填度と粘度が異なる様々なポリマーが使用される。衛生用品の不織布部分は、通常、充填されていないＰＰおよびＣａＣＯ３が充填されたＬＤ−ＰＥのフィルムで構成されている。したがって、製造中に生成されるスタンピング残留物だけでなく、フィルム残留物も、異なるポリマー含有量および異なる充填度を有する。
【０１４９】
これらの出発材料から一定の品質の材料を製造するためには、充填材および／またはポリマーの様々な成分がどれほど高いかを知ることが不可欠である。配合ステップでは、ポリマー、添加剤、充填材を添加することにより、最終製品を定義された混合物に調整できるが、ただし、入ってくる成分が完全に分かっている必要がある。これにより、柔軟性がそれに応じて向上する。配合ステップの前後の制御のための測定は、供給される成分の割合を制御し、したがって特定の特性を保証し、製造コストを最小限に抑える。
【０１５０】
テスト設定
この実験手順では、ラマン分光法用の検出器１２を備えた測定装置１０および受入容器１、すなわちカッターコンパクタまたは前処理ユニットを含むＩＮＴＡＲＥＭＡ１１８０ＴＶＥｐｌｕｓに、衛生フィルムの製造からの製造廃棄物を充填した。この材料は、塊状のホイルセクションの形態である。表１は、実験データをまとめたものである。
【表１】
2022501578.tif 000003
【０１５１】
評価
驚くべきことに、受入容器１内の粒子の上記の高い回転速度にもかかわらず、明確なスペクトルが、検出器１２または分光器によって記録され得る。検出器１２によって検出されたスペクトルを図７に示す。スペクトルは、ＰＥと様々な割合のＣａＣＯ３（１％、２％、５％、１０％、１５％、１７．５％、２０％ＣａＣＯ３）の混合物を示している。
【０１５２】
検出されたスペクトルは、ＣａＣＯ３の割合に関して処理および制御ユニット４０によって評価され、ＣａＣＯ３の割合は、全材料の％で処理および制御ユニット４０によって利用可能になる。
【０１５３】
解釈
測定結果では、約４時間のプロセス期間中の投入材料のＣａＣＯ３含有量の変化を検出することができ、図８を参照されたい。したがって、制御信号は、添加ユニットなどの処理および制御ユニット４０に接続されたプロセス制御ユニット５０に導出することができ、これに基づいて、粉末形態またはマスターバッチとしてのＣａＣＯ３の供給が適切に適合される。したがって、投入材料の割合が高い場合、添加量をそれに応じて減らすことができ、投入材料の割合が低い場合、添加量を増やすことができる。次に、均一なＣａＣＯ３含有量が、生成される最終製品に有利に存在する。通常、射出成形製品には、用途に応じて約１５％〜２５％のＣａＣＯ３含有量が提供されるが、偏差はいずれの場合も＋／−１％にすぎない。
【０１５４】
例２：
本発明による方法または本発明による装置の第２の応用例を以下に説明する。
【０１５５】
食品／非食品部門の使用済み包装材料を再利用する場合、様々なポリマーストリームが分離され、可能な限り選別および洗浄プロセスによって洗浄される。その後の熱成形プロセス（押出成形）では、均質化と溶融ろ過の両方が実行される。そこから生成される再生物は、用途に応じて特定の品質に対応する必要がある。したがって、例えば、ＬＤ−ＰＥからインフレーションフィルムを製造する場合、ＰＰの割合は特定のパーセンテージを超えてはならないが、それは、特定の状況下で所望の機械的特性が達成されないか、または溶接性がもはや存在しない可能性があるからである。さらに、上流の選別プロセスでは１００％の選別純度を達成することは決してできないので、例えば、受入容器１に接続され、より高いＰＰ含有量を有する押出機５から顆粒を排出することが有用である。インラインラマン測定により、受入容器１内のＰＰ含有量を決定し、ＰＰ含有量が高すぎる場合に完成した顆粒の拒絶反応を制御することが容易になる。
【０１５６】
テスト設定
この実験手順では、ラマン分光法用の検出器１２を備えた測定装置１０および受入容器１、すなわちカッターコンパクタまたは前処理ユニットを含むＩＮＴＡＲＥＭＡ８０ＴＶＥｐｌｕｓを使用した。この実験では、指定された時間間隔で繰り返し測定を行うラマン分光法に基づく測定装置の適合性を、受入容器１の純粋なＰＰフィルムにＰＥフィルムを追加することによって実証した。この目的のために、それぞれの場合において、既知のフィルム幅およびフィルム厚さを有する２つのフィルムロール、ＰＰロールおよびＬＤＰｅロールが、それぞれ別個の引き込み値を介して受入容器１に供給された。パーセンテージ分布は、単位面積あたりの重量から数学的に決定され、生成された顆粒のランダム試料テストによって実証された。表２は、実験データをまとめたものである。
【表２】
2022501578.tif 000004
【０１５７】
評価
検出器１２によって検出されたスペクトルを図９に示す。スペクトルは、それぞれの場合に様々なパーセンテージ（１００％、９０％、７０％、５０％、２５％、１０％０％ＰＰ）のＰＰおよびＰＥの混合物を示している。
【０１５８】
検出されたスペクトルは、処理および制御ユニット４０によって評価され、ＰＰの割合は全材料の％で、処理および制御ユニット４０によって利用可能になり、図１０を参照されたい。
【０１５９】
解釈
この測定プロセスを使用することにより、材料フローの１％未満の精度でＰＰ含有量を測定することが可能である。このように、ＰＥ材料を追加することにより、プロセス最終製品のＰＰ含有量を容易に制御できる。これは、日常の慣行から、ＬＤストリーム中の約５％のＰＰの割合でさえ、バッグの製造がもはや存在しないように溶接性を低下させることが知られているので、特に有利である。
【０１６０】
例３：
本発明による方法または本発明による装置の第３の応用例を以下に説明する。
【０１６１】
ＰＥ／ＰＡ複合材料は、食品の包装フィルムとして使用される。これは多層構造であり、その中央には、例えば芳香保護として機能するＰＡフィルムがある。ＰＥ（ポリエチレン）とＰＡ（ポリアミド）はよく混ざらないポリマーである。しかし、相溶化剤を添加することにより、フィルム製造または射出成形に非常に優れた材料を得ることができる。相溶化剤は非常に高価であり、ＰＡとＰＥの割合が変動するため、ポリマーの割合を正確に決定でき、相溶化剤の添加を対応して制御できれば、調製中のコストを節約でき、プロセス最終製品を最適化することができる。残留物は通常、約４０％ＰＡと６０％ＰＥの割合であり、シート状の構造、エッジストリップ、フィルムロールに存在する。
【０１６２】
テスト設定
この実験手順では、ラマン分光法用の検出器１２を備えた測定装置１０および受入容器１、すなわちカッターコンパクタまたは前処理ユニットを含むＩＮＴＡＲＥＭＡ１１０８ＴＥが使用された。この実験では、ラマン分光法に基づく連続測定装置１０の適合性が、ＰＥ／ＰＡエッジストリップおよびフィルム片を受入容器１に追加することによって実証された。製造された顆粒において、対応するポリマーの割合を実験室の測定機器で測定して、以前にインラインで決定された割合をチェックした。表３は、実験データをまとめたものである。
【表３】
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【０１６３】
評価
検出器１２によって検出されたスペクトルは、処理および制御ユニット４０によって評価され、ＰＥに対するＰＡの割合は、処理および制御ユニット４０によって表され、図１１を参照されたい。
【０１６４】
解釈
処理されたフィルムには様々な変形例があるため、対応するシフトがある。したがって、例えば、ＰＥ含有量は約９：５５付近で増加する。しかしながら、これは、プロセス最終製品の対応する所望の最終品質を達成するために望ましくない。なぜなら、ＰＡの割合が過度に低いと、最終製品の特性に悪影響を及ぼし、さらに、相溶化剤が過剰に添加されるからである。このため、測定された材料に関する決定された情報に応じて、ダイバータを処理プラントの端に接続し、生成された顆粒を９：５５〜１０：０８の範囲で排出することができる。
【０１６５】
上述した本発明による装置または上述した本発明による方法は、このようにして、分光学的および／または分光測定装置１０を用いて、材料、特に熱可塑性プラスチック材料を調製、処理および／またはリサイクルするためのシステムにおいて、受入容器１、すなわちカッターコンパクタまたは前処理ユニットＰＣＵを用いて、効果的なインラインプロセス分析、プロセス監視、および必要に応じてプロセス制御を実施することを可能にする。
【０１６６】
さらに、評価ユニットによって送信された情報／データは、例えば、充填材の添加、完成した顆粒の排出など、後続のプロセスチェーンで使用することもできるが、他のポリマーの供給、例えば、受入容器１、すなわちカッターコンパクタまたは前処理ユニットＰＣＵへの供給にも使用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年10月19日(2020.10.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
材料、すなわち熱可塑性プラスチック材料の調製、処理、および／またはリサイクルのための方法であって、
前記材料は、受入容器（１）、すなわちカッターコンパクタまたは前処理ユニット（ＰＣＵ）内で移動および混合され、必要に応じて、加熱、粉砕、および／または軟化され、前記受入容器（１）内の前記材料は、塊状または粒子状のままであり、全体にわたって溶融しておらず、
前記受入容器（１）の内部を移動する前記塊状または粒子状材料は、分光学および／または分光計によりインラインで分析または測定され、このようにして決定された測定値は、前記それぞれ測定された材料、すなわち前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータに関する情報を取得するために使用され、
前記受入容器（１）の前記内部に位置し、前記内部で回転する前記塊状または粒子状材料の少なくとも一部が、物理的効果、すなわち電磁放射によって励起され、前記効果に応答して生じる測定信号、特に前記測定される材料上で散乱された前記電磁放射の特性スペクトルが、分光測定により検出され、
前記分光学的および／または分光計的測定が、原子分光法または分子分光法によって実行され、
赤外光、可視光および／またはＵＶ光の範囲の光が、１００〜１４００ｎｍの範囲で励起に使用され、あるいは、レーザーが、１００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長域で励起に使用され、
前記熱可塑性プラスチック材料の特有の定量的および／または定性的パラメータまたはプロセスインライン中のこれらのパラメータの変化を検出し、前記プロセスを監視および／または制御に使用するためにそれらを使用し、ならびに／あるいは前記受入容器（１）内の前記プロセス制御を制御するためにこれらのパラメータを使用するために、光が検出および分析され、
前記材料を励起する前記電磁放射が、前記受入容器（１）の前記内部で、前記容器壁に、またはその真後ろに、前記容器壁の後ろに最大１０ｃｍの距離で位置する焦点（２３）に集束され、
前記電磁放射は、０．１ｍｍ〜５ｍｍの測定スポットの断面積と、０．３μｍ〜３０μｍの前記材料への浸透深さで規定される体積範囲を励起し、
前記塊状または粒子状材料は、前記受入容器（１）の前記側壁（２）上の、前記受入容器（１）の外側領域において、円周方向への移動方向および／または主に上向きの移動方向を有し、
前記塊状または粒子状材料が、前記受入容器（１）の前記外側領域、特に前記受入容器（１）の前記側壁（２）で頻繁かつ定期的に交換されるように、前記断片または粒子状材料が半径方向に０．３ｍ／ｓ〜４５ｍ／ｓの速度で回転し、および／または垂直方向に０．１ｍ／ｓ〜６０ｍ／ｓの速度で回転する、方法。
【請求項２】
前記分光学的および／または分光計的測定が、原子分光法または分子分光法、すなわちラマン分光法、ＮＩＲ分光法、ＵＶ／ＶＩＳ分光法、蛍光分光法および／または吸収分光法によって実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
赤外光、可視光および／またはＵＶ光の範囲の光が、５００〜１０００ｎｍの範囲で励起に使用され、あるいは、レーザーが、１５ｍＷ〜５Ｗの範囲、好ましくは１００〜５００ｍＷの出力で励起に使用されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記電磁放射は、１ｍｍ〜３ｍｍの測定スポットの断面積と、８μｍ〜１５μｍの前記材料への浸透深さで規定される体積範囲を励起することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記材料を励起する前記物理的効果、特に前記電磁放射が、前記受入容器（１）の前記内部に、あるいは、
−動作中の前記受入容器（１）内の前記材料または材料粒子の充填レベル未満の位置、
−前記底部（３）または前記混合および／または粉砕ツール（４）から高さおよび／または距離をおいた位置であって、前記物理的効果、特に前記電磁放射は、前記受入容器（１）内に配置または回転している前記材料粒子の方法で定義された所定の充填レベル未満、ならびに／あるいは、前記材料粒子の移動および／または回転中に形成される混合流のレベル未満に常にある、位置、
−前記受入容器（１）および／または前記混合流内の前記材料の方法で定義された所定の充填レベルの中央の３分の１の範囲のレベルの位置、
−前記移動および／または回転する材料粒子の密度が最も高い前記受入容器（１）の領域、ならびに／あるいは
−前記移動および／または回転する材料粒子が前記受入容器（１）の前記側壁（２）に最も高い圧力を及ぼす前記受入容器（１）の領域、
のうちの１つまたは複数の位置で前記材料内に導入されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記受入容器（１）の前記内部に位置し、前記内部で回転する前記塊状または粒子状材料、特に前記材料の個々の粒子が、物理的効果、特に電磁放射によって、複数の所定の時点で励起され、
前記それぞれ測定された材料、特に前記個々の粒子に関する、好ましくはそれぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータに関する情報であって、これらの時点で決定された選択された、好ましくはすべての測定値に基づいて決定された情報の平均値が、計算され、利用可能に保たれる
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記受入容器（１）の前記内部に位置し、前記内部で回転する前記塊状または粒子状材料が、物理的効果、特に電磁放射によって、所定の期間、特に数秒間、連続的に励起され、
前記それぞれの期間で、それぞれの場合に測定された前記材料に関する共通の情報、特に定量的および／または定性的パラメータがこの期間内に継続的に決定された前記測定値に基づいて計算され、利用可能に保たれる
ことを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記受入容器（１）の前記内部の温度および／または前記材料の温度が測定され、前記温度情報が前記評価に含まれ、各場合に測定された前記材料に関する前記情報、特に前記材料の定量的および／または定性的パラメータの補正のための指標として働き、および／または前記材料温度が検出され、前記スペクトルの補正の仕様として使用されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
−参照情報、特に定量的および／または定性的参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルが格納され、
−各場合に測定された前記材料について決定された前記情報、特に前記パラメータ、好ましくは前記スペクトルが、前記参照情報、特に前記参照パラメータ、好ましくは前記参照スペクトルと比較され、前記参照情報、特に前記参照パラメータ、好ましくは前記参照スペクトルからの偏差が決定され、特に表示されて、ならびに／あるいは前記受入容器（１）および／または後続のプロセスチェーンにおける前記プロセス制御の監視および／または制御に使用される
ことを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの受入容器（１）、すなわちカッターコンパクタおよび／または前処理ユニット（ＰＣＵ）を有し、前記材料のための混合および／または粉砕装置を有し、前記受入容器（１）の前記内部を移動する前記塊状または粒子状材料を分析するために、または各場合に測定された前記材料に関する情報、特に前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを得るために、分光学的および／または分光測定装置（１０）を有し、
前記材料のための混合および／または粉砕装置を備えた少なくとも１つの受入容器（１）、すなわちカッターコンパクタと、
前記受入容器（１）の前記内部を移動する前記塊状または粒子状材料の一部をインラインで測定するための少なくとも１つの分光学的および／または分光測定装置（１０）であって、
−前記回転する塊状または粒子状材料を励起するための物理的効果、特に電磁放射を放出し、
−前記作用に応答して生成された前記測定信号、特に測定される前記材料によって散乱された前記電磁放射の特性スペクトルを、好ましくは分光測定的に検出するように設計された少なくとも１つの分光学的および／または分光測定装置（１０）と、
前記測定装置（１０）とデータ通信する処理および制御ユニット（４０）であって、
−前記測定装置（１０）を制御して、前記物理的効果、すなわち電磁放射を放出し、前記結果の測定信号を検出し、このようにして決定された前記測定値を利用可能に保ち、
−決定された前記測定値に基づいて、各場合に測定された前記材料に関する情報、特に前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを導出して利用可能に保つように設計された処理および制御ユニット（４０）と、
を含み、
前記受入容器（１）が側壁（２）を有し、本質的に円錐形または円筒状であるか、または円錐形または円筒状の壁セクションを有し、必要に応じて、下部底面（３）も有し、
特に垂直回転軸（９）を中心に回転可能な少なくとも１つの回転式混合および／または粉砕ツール（４）が、処理される前記塊状または粒子状材料を移動させて混合し、必要に応じて加熱、粉砕および／または軟化させるための混合および／または粉砕装置として、前記受入容器（１）内に配置され、動作中に、前記受入容器（１）内に渦および／または混合流を形成することが可能であり、
前記処理および制御ユニット（４０）が、前記効果に応答して生成された前記測定信号、特に前記測定された材料上で散乱された前記電磁放射の特性スペクトルの分光計的および／または分光学的分析のために設計されており、
前記測定装置（１０）が、
−動作時に前記受入容器（１）の前記内部に配置され、そこで回転する前記塊状または粒子状材料の少なくとも一部に対して物理的効果、特に電磁放射を放出するための、前記受入容器（１）の前記内部に作用または誘導される少なくとも１つの励起源（１１）と、
−前記効果に対する反応として生成される測定信号、特に測定される前記材料上で散乱された前記電磁放射の特性スペクトルを検出するための、少なくとも１つの検出器（１２）、特に分光器と、を含み、
前記測定装置（１０）が、原子分光法または分子分光法のための検出器（１２）を含み、
前記励起源（１１）が、赤外光、可視光および／またはＵＶ光の範囲の光を放出するように設計されている、または、前記励起源（１１）が、レーザーであり、
少なくとも１つの測定開口部（２０）が、前記受入容器（１）、特に前記受入容器（１）の前記側壁（２）に設けられ、前記測定開口部（２０）が、前記励起源（１１）により放出される前記物理的効果、特に前記放出される電磁放射が前記受入容器（１）内の前記材料に作用し、前記受入容器（１）からの散乱光が検出されるように設計されており、
前記受入容器（１）の前記側壁（２）にある前記少なくとも１つの測定開口部（２０）が、
−前記底部に最も近い前記最も低い混合および／または粉砕ツール（４）の高さの領域、および／または
−前記受入容器（１）の高さの下３分の１の領域、
の１つまたは複数の位置に配置されており、
前記処理および制御ユニット（４０）がプロセス制御ユニット（５０）と相互作用し、データ通信し、前記プロセス制御ユニット（５０）が、前記処理および制御ユニット（４０）により送信されたデータ、特に前記それぞれ測定された材料に関する情報、好ましくは前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータを、前記受入容器（１）および／または前記後続のプロセスチェーンにおける前記プロセス制御を監視および／または制御するために使用するように設計されている、装置。
【請求項１１】
前記塊状または粒子状材料が０．３〜４５ｍ／ｓの速度で半径方向に、および／または０．１〜６０ｍ／ｓの速度で垂直方向に回転するように、前記混合および／または粉砕ツール（４）の円周方向速度が選択されることを特徴とする、請求項１０または１１に記載の装置。
【請求項１２】
前記受入容器（１）に、特に前記受入容器（１）の側壁（２）に、特に前記底部に最も近い前記最も低い混合および／または粉砕ツール（４）の高さの領域に、開口部（８）が形成されており、前記開口部を介して、前処理されたプラスチック材料が前記受入容器（１）の前記内部から排出され得、前記開口部（８）から出てきた前記前処理された材料を受け入れるために、少なくとも１つのコンベヤ、特にハウジング（１６）内で回転、特に可塑化または凝集する少なくとも１つのスクリュー（６）を有する押出機（５）が配置され、特に、前記ハウジング（１６）が、前記スクリュー（６）によって把持される前記材料のために、その端面またはそのケーシング壁にある供給開口部（８０）を有し、前記供給開口部（８０）が前記開口部（８）に接続されることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記励起源（１１）および／または前記検出器（１２）および／または前記処理および制御ユニット（４０）が、前記受入容器（１）から物理的に離間されているか、または特に光ファイバシステムおよび／または光ガイド（１４）を介して、振動のない方法で前記受入容器（１）に結合されていることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
前記測定装置（１０）が、原子分光法または分子分光法、すなわちラマン分光法、ＮＩＲ分光法、ＵＶ／ＶＩＳ分光法、蛍光分光法および／または吸収分光法のための検出器（１２）を含むことを特徴とする、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記励起源（１１）が、１００〜１４００ｎｍの範囲、好ましくは５００〜１０００ｎｍの範囲の赤外光、可視光および／またはＵＶ光を放出するように設計されていることを特徴とする、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記励起源（１１）が、１００ｎｍ〜１４００ｎｍの波長域および／または１５ｍＷ〜５Ｗの範囲、好ましくは１００ｍＷ〜５００ｍＷの出力を有するレーザーであることを特徴とする、請求項１０から１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記測定開口部（２０）が０．５〜１００ｍｍの直径を有することを特徴とする、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記測定開口部（２０）が、特に電磁放射に対して透明である材料、例えばサファイアガラスで作られた窓（２１）によって閉じられていることを特徴とする、請求項１６または１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記窓（２１）が１〜１００ｍｍの厚さを有することを特徴とする、請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記窓（２１）の表面が平面であり、互いに平行に整列しているか、または、前記受入容器（１）に面する前記窓（２１）の内面が、前記受入容器（１）の半径に凹状に一致し、前記受入容器（１）の反対側に向いた前記窓（２１）の外面が、前記内面に対して平行に凹状になるように設計されていることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の装置。
【請求項２１】
特に前記受入容器（１）の前記側壁（２）にある前記少なくとも１つの測定開口部（２０）が、
−前記底部に最も近い前記最も低い混合および／または粉砕ツール（４）の高さの領域のわずかに上または下で、好ましくは前記混合および／または粉砕ツール（４）の最も外側の点と前記側壁（２）との間の最も狭い距離、
の１つまたは複数の位置に配置されていることを特徴とする、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
特に前記受入容器（１）の前記側壁（２）にある前記少なくとも１つの測定開口部（２０）が、
−動作中の前記受入容器（１）内の前記材料または材料粒子の充填レベル未満の位置、
−前記底部（３）または前記混合および／または粉砕ツール（４）から高さおよび／または距離をおいた位置であって、前記物理的効果、特に前記電磁放射は、前記受入容器（１）内に配置または回転している前記材料粒子の方法で定義された所定の充填レベル未満、ならびに／あるいは、前記材料粒子の移動および／または回転中に形成される混合流のレベルに常にある、位置、
−前記受入容器（１）および／または前記混合流内の前記材料の方法で定義された所定の充填レベルの中央の３分の１の範囲のレベルの位置、
−前記移動および／または回転する材料粒子の密度が最も高い前記受入容器（１）の領域、ならびに／あるいは
−前記移動および／または回転する材料粒子が前記受入容器（１）の前記側壁（２）に最も高い圧力を及ぼす前記受入容器（１）の領域、
のうちの１つまたは複数の位置に配置されていることを特徴とする、請求項１６から２０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記物理的効果、特に前記電磁放射によって励起され得る体積領域が、０．１ｍｍ〜５ｍｍ、特に１ｍｍ〜３ｍｍの測定スポットの断面積と、０．３μｍ〜３０μｍ、特に８μｍ〜１５μｍの前記材料への浸透深さと、で規定されることを特徴とする、請求項１０から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
レンズまたはレンズ系（２２）が、前記励起源（１１）の前記電磁放射を焦点（２３）に集束させるために設けられ、前記焦点（２３）は、特に前記窓（２１）に、またはそのすぐ後ろに、好ましくは前記窓（２１）の後ろに最大１０ｃｍの距離で形成されることを特徴とする、請求項１０から２３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２５】
前記プロセス制御ユニット（５０）が、前記処理および制御ユニット（４０）によって送信された前記データに基づいて、
−前記受入容器（１）内への充填材の添加を実行し、および／または
−材料、特にポリマーを前記受入容器（１）内におよび／または前記受入容器（１）に接続された排出装置内に供給し、および／または
−前記受入容器（１）に接続された前記排出装置を使用して、処理された材料、特に顆粒を前記受入容器（１）から排出する
ように設計されていることを特徴とする、請求項１０から２４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２６】
少なくとも１つの温度測定装置（３０）が前記処理および制御ユニット（４０）の上流に設けられ、前記温度測定装置（３０）が、前記受入容器（１）内の温度および／または前記材料の温度を測定し、それを前記処理および制御ユニット（４０）に送信するように設計され、
前記処理および制御ユニット（４０）が、前記少なくとも１つの温度測定装置（３０）によって決定された前記測定値を使用して、前記それぞれ測定された材料について決定された前記情報、特に前記測定された材料上で散乱された前記電磁放射の温度に依存する前記特性スペクトルに対する温度の影響を補正し、このようにして補正された前記情報、特にスペクトルを利用可能に保つように設計されていることを特徴とする、請求項１０から２５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２７】
前記温度測定装置（３０）が、前記少なくとも１つの測定開口部（２０）と同じ高さ、特に同じ位置で、前記受入容器（１）内に配置されることを特徴とする、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
前記処理および制御ユニット（４０）が、
−物理的効果、特に電磁放射を繰り返し放出するように、前記測定装置（１０）、特に前記励起源（１１）を複数の所定の時刻に制御し、
−前記測定装置（１０）、特に前記検出器（１２）によってこれらの時刻で決定された選択された、好ましくはすべての測定値に基づいて決定された、前記それぞれ測定された材料、特に個々の測定された粒子、好ましくは前記それぞれの材料の定量的および／または定性的パラメータに関する前記情報の平均値を計算し、利用可能に保つ
ように設計されていることを特徴とする、請求項１０から２７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２９】
前記処理および制御ユニット（４０）が、
−物理的効果、特に電磁放射を、所定の期間、特に数秒間連続して放出するように、前記測定装置（１０）、特に前記励起源（１１）を制御し、
−前記測定装置（１０）、特に前記検出器（１２）によってこの期間内に連続的に決定された前記測定値に基づいて、前記それぞれ測定された材料に関する共通の情報、特に定量的および／または定性的パラメータを前記それぞれの期間について計算し、利用可能に保つ
ように設計されていることを特徴とする、請求項１０から２８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項３０】
前記処理および制御ユニット（４０）がメモリを含み、参照情報、特に定量的および／または定性的参照パラメータ、好ましくは参照スペクトルが前記メモリに格納され、
前記処理および制御ユニット（４０）が、前記それぞれ測定された材料について決定された前記情報、特に前記パラメータ、好ましくは前記スペクトルを、前記参照情報、特に前記参照パラメータ、好ましくは前記参照スペクトルと比較し、前記参照情報、特に前記参照パラメータ、好ましくは前記参照スペクトルからの偏差を決定し、特に前記プロセス制御ユニットおよび／または表示ユニットにそれを転送するように設計されている
ことを特徴とする、請求項１０から２９のいずれか一項に記載の装置。
【国際調査報告】
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