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Diese
Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Mischen
von Komponenten, zum Beispiel, um durch Vermischung von Komponenten ein
homogenes Gemisch zu formen. Die Komponenten liegen gewöhnlich in
Form von Pulvern vor, doch die Erfindung ist auch auf die Mischung
anderer fließender
Komponenten wie z. B. Flüssigkeiten
anwendbar. Die zu mischenden Komponenten schließen typischerweise Arzneimittel
und Arzneiträger
vor ihrer Weiterverarbeitung z. B. durch Tablettierung ein.
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Die
Herstellung von homogenen Gemischen aus Arzneimitteln und Arzneiträgern ist
in der Arzneimittelindustrie von besonderer Wichtigkeit.
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EP-A-0631810
offenbart, daß die
Inline-Überwachung
des Homogenitätsgrads,
der im Laufe der Vermischung von Komponenten wie z. B. Arzneimitteln
und Arzneiträgern
erreicht wird, durch Erkennung der spektroskopischen Eigenschaften des
Gemischs während
des Mischvorgangs möglich ist.
Wenn der Mischvorgang mit Hilfe eines rotierenden Mischkessels durchgeführt wird,
lehrt EP-A-0631810, daß das
Gerät zum
Senden der Strahlung in das Gemisch und zum Empfangen der vom Gemisch
reflektierten Strahlung mit einer Welle verbunden ist, um welche
der Kessel, insbesondere ein V-Mischer, gedreht wird. Diese Anordnung
hat zur Folge, daß das
Gerät invasiv
im Inneren des Mischkessels angeordnet ist. Die reflektierte Strahlung
wird zum spektroskopischen Mittel geleitet, das in der Nachbarschaft
des rotierenden Mischkessels angeordnet ist, zur Speicherung und
Analyse durch das spektroskopische Mittel oder durch einen separaten Datenerfassungs-
und einen Steuerrechner, die mit dem spektroskopischen Mittel verbunden
sind.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer verbesserten
spektroskopischen Inline-Überwachung
für Mischvorgänge, insbesondere,
aber nicht ausschließlich,
zur Vermischung, die nichtinvasiv sein kann, wobei sie hinsichtlich
der Anordnung relativ zur Mischzone eine größere Freiheit zuläßt.
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum
Mischen einer Anzahl von Komponenten bereitgestellt, umfassend einen
Kessel zur Aufnahme der Komponenten, Antriebsmittel zum Drehen oder
Hin- und Herbewegen des Kessels um eine Achse, um das Mischen der Komponenten
im Inneren des Kessels zu bewirken, mindestens ein spektroskopisches Überwachungsmittel,
das direkt oder indirekt im Kessel integriert ist, zum wiederholten
Abtasten des Gemischs, um Daten zur Verwendung beim Überwachen
von Änderungen des
spektroskopischen Profils des Gemischs im Laufe des Mischvorgangs
zu erhalten, und einen Signalsender, der zur Bewegung mit dem Kessel
angebracht ist, um ein Signal oder Signale radiativ an einen externen
Empfänger
zu übertragen,
wobei das Überwachungsmittel
zum Batteriebetrieb geeignet ist.
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Das Überwachungsmittel
kann in Bezug auf eine Achse, um welche der Kessel gedreht oder
hin- und herbewegt werden kann, außeraxial angebracht sein.
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Das Überwachungsmittel
kann direkt am Kessel oder statt dessen indirekt am Kessel angeordnet
sein, wodurch es mindestens zum Teil auf einer Struktur angebracht
ist, die sich mit dem Kessel dreht oder hin- und herbewegt. Im ersteren Fall kann
das Überwachungsmittel
zum Beispiel auf einer Wand des Kessels befestigt sein, während im
letzteren Fall das Überwachungsmittel
mindestens zum Teil von einem Rahmen getragen werden kann, der den
Kessel trägt,
und mit dessen Hilfe der Kessel gedreht oder hin- und herbewegt wird.
Bezugnahmen hierin auf Überwachungsmittel,
die direkt oder indirekt am Kessel getragen werden, beziehen sich
auf die oben genannten Möglichkeiten.
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Die
Profile, die aus der Abtastung abgeleitet werden (nachstehend „Abtastprofile" genannt) können auf
die Annäherung
eines statischen Zustands hin überwacht
werden. Dies kann zum Beispiel den Vergleich mit einem vorgegebenen
spektroskopischen Sollprofil einschließen. In diesem Zusammenhang
versteht es sich, daß die
Anfangsspektren der Komponenten vor dem Mischen allgemein dem Spektrum
jeder der Komponenten entsprechen. Mit fortschreitendem Mischvorgang
verändern
sich die Spektren des Gemischs und beginnen, sich den Spektren des
homogenen Gemischs anzunähern. Dadurch
kann der Mischvorgang unter Bezugnahme auf das spektroskopische
Profil gesteuert werden, das von den Überwachungsmitteln erhalten
wird; und insbesondere kann bestimmt werden, wann die Abtastprofile
ein vorgegebenes Kriterium erfüllen,
z. B., wann die Abtastprofile einen im wesentlichen statischen Zustand
erreichen oder sich diesem annähern. Dieses
kann zum Beispiel erfüllt
sein, wenn das Abtastprofil im wesentlichen mit dem Sollprofil übereinstimmt,
oder wenn zwei oder mehr Abtastprofile (oder Abschnitte davon) des
Gemischs im wesentlichen gleich sind oder um nicht mehr als ein
bestimmtes Ausmaß voneinander
abweichen.
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Falls
es verwendet wird, kann das Sollprofil für einen gewählten Zustand des Gemischs
stehen: Zum Beispiel kann es für
den homogenen Endpunkt für
ein Gemisch aus Komponenten repräsentativ sein,
die vermischt werden, oder für
einen Zwischenzustand, der zwischen dem homogenen Endpunkt und dem
ungemischten Zustand liegt.
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Oft
weisen die gemischten Komponenten verschiedene chemische Zusammensetzungen
auf. Die Erfindung schließt
jedoch auch die Mischung von Komponenten ein, welche die gleiche
oder im wesentlichen die gleiche chemische Zusammensetzung haben.
Zum Beispiel kann die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden,
um Komponenten zu mischen, die zwar die gleiche oder im wesentlichen die
gleiche chemische Zusammensetzung aufweisen, jedoch abweichende
physikalische Eigenschaften wie z. B. Feuchtigkeitsgehalt, Partikelverteilung usw..
Daher liegt eine Anwendung der Erfindung in der Kombination zweier
Fraktionen desselben Materials, wobei eine Fraktion Feinstoffe und
die andere Fraktion gröbere
Partikel enthält
und der Mischvorgang durchgeführt
wird, um ein Gemisch zu erzeugen, in welchem die Feinstoffe in den
gröberen
Partikeln verteilt sind, z. B., um eine im wesentlichen einheitliche
Verteilung der Feinstoffe im Gemisch zu gewährleisten.
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Ein
Steuermittel, das auf das Überwachungsmittel
anspricht, kann vorgesehen sein, um den Mischvorgang zu steuern.
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Dadurch
kann das Antriebsmittel vom Steuermittel in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis
so gesteuert werden, daß der
Mischvorgang beendet werden kann, wenn die aus der Abtastung abgeleiteten
Profile sich dem vorgegebenen Profil annähern oder im wesentlichen damit übereinstimmen,
oder sich einem statischen Zustand annähern, in welchem Änderungen
in den Abtastprofilen (oder Abschnitten davon) ein vorgegebenes
Ausmaß nicht übersteigen.
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Das Überwachungsmittel
kann Vergleichsmittel umfassen oder mit diesen verbunden sein, um spektroskopische
Profile, die den durch Abtastung abgeleiteten Daten entsprechen,
mit dem Sollprofil oder zuvor abgeleiteten Abtastprofilen zu vergleichen,
die während
eines bestimmten Mischzyklus erhalten wurden. Das Vergleichsmittel
kann daher so im Überwachungsmittel
ausgeführt
sein, daß der
Vergleich der Abtastprofile mit dem Sollprofil oder den zuvor abgeleiteten
Abtastprofilen während
der Drehung oder Hin- und Herbewegung des Überwachungsmittels mit dem
Kessel durchgeführt
wird.
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Wenn
die Abtastprofile sich in einem bestimmten Umfang einem statischen
Zustand angenähert
haben (z. B., wenn zwischen dem Abtastprofil und einem Sollprofil
ein gewünschter Übereinstimmungsgrad
erreicht wurde), kann das Überwachungsmittel
veranlaßt
werden, ein Ausgangssignal an ein signalverwendendes Mittel zur
Steuerung des Mischvorgangs auszugeben. Zum Beispiel kann das signalverwendende
Mittel betrieben werden, um den Mischvorgang nach Empfang des Ausgangssignals durch
geeignete Ansteuerung des Antriebsmittels zu beenden, z. B. durch
Deaktivieren des Antriebsmittels und Beenden der Dreh- oder Winkelbewegung des
Kessels.
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In
einer alternativen Ausführungsform
kann das Vergleichsmittel vom Überwachungsmittel
und vom Kessel getrennt sein. In diesem Fall werden Datenübertragungsmittel
vorgesehen, um die durch Abtasten abgeleiteten Daten vom Überwachungsmittel zum
Vergleichsmittel zu übertragen.
Das Datenübertragungsmittel
kann zum Beispiel einen Signalsender umfassen, direkt oder indirekt
am Kessel, und einen Empfänger,
der mit dem Vergleichsmittel verbunden ist, wodurch die Daten radiativ
vom Überwachungsmittel
zum Vergleichsmittel übertragen
werden.
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Die Übereinstimmung
der neu abgeleiteten Abtastprofile mit dem Sollprofil oder den zuvor
erhaltenen Abtastprofilen (zumindest im gewünschten Umfang) führt zweckmäßigerweise
zur automatischen Beendung des Mischvorgangs. Doch wir schließen die
Möglichkeit
nicht aus, daß solch
eine Übereinstimmung
statt dessen, direkt oder indirekt am Kessel oder woanders, z. B.
die Abgabe eines optischen oder akustischen Ausgangssignals zur
Folge hat, das geeignet ist, einen Werker darauf aufmerksam zu machen,
daß die
Mischung auf einen akzeptablen Grad, z. B. einen akzeptablen Homogenitätsgrad,
gewährleistet
ist, und daß der
Mischvorgang beendet werden kann und das Gemisch einem nachfolgenden
Verarbeitungsschritt zugeführt
werden kann.
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Das Überwachungsmittel
ist eigenbetrieben und umfaßt
dazu zweckmässigerweise
eine Stromquelle, die in Form einer oder mehrerer Batterien vorliegen
kann, bevorzugt wiederaufladbare Batterien.
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Wenn
der Vergleich der neu abgeleiteten Profile mit dem Sollprofil oder
zuvor abgeleiteten Profilen direkt oder indirekt am Kessel durchgeführt wird, kann
das Überwachungsmittel
Datenspeichermittel umfassen, um die durch Abtastung abgeleiteten
Daten zu speichern, optional zusammen mit mindestens einem vorgegebenen
Sollprofil, falls vorhanden. Die durch Abtastung abgeleiteten Daten,
die im Laufe eines Mischvorgangs gesammelt wurden, können dann,
während
oder nach Abschluß eines
Mischzyklus, an separate Datenerfassungsmittel übertragen werden, um das Fortschreiben
einer Aufzeichnung für
eine Reihe von Mischzyklen zu erlauben.
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Das Überwachungsmittel
umfaßt
zweckmäßigerweise
den Signalsender zum radiativen Übertragen
von Signalen an einen Empfänger,
der in der Nachbarschaft des Kessels oder von diesem entfernt angeordnet
ist, wodurch festverdrahtete Verbindungen (wie z. B. elektrische
Leiter, Lichtleitfasern und dergleichen) zwischen dem Überwachungsmittel
und dem signalverwendenden Mittel und/oder einem Datenerfassungsmittel
vermieden werden, die mit dem Empfänger verbunden sind. Zum Beispiel
kann das übertragene
Signal in Form eines Strahlungssignals vorliegen, wie z. B. eines
Hochfrequenzsignals.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
umfaßt
das Überwachungsmittel
eine in sich abgeschlossene Einheit, die batteriebetrieben sein
kann und mit Mitteln versehen ist, um die Einheit auf abnehmbare
Weise, bevorzugt auf nichtinvasive Weise, an den Kessel oder an
die Konstruktion, die sich mit dem Kessel dreht oder hin- und herbewegt,
so anzudocken, daß das Überwachungsmittel
mit einem Fenster, durch welches spektroskopische Daten erhalten
werden, in Lagegenauigkeit ist.
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Wenn
das Überwachungsmittel
batteriebetrieben ist, kann die Batterieversorgung Teil der in sich
abgeschlossenen Einheit sein oder eine separate Einheit umfassen,
die direkt oder indirekt am Kessel vorgesehen sein kann. Da die
Batterieversorgungseinheit und das Überwachungsmittel beide mit dem
Kessel gedreht und hin- und herbewegt werden, kann in diesem Fall
zwischen beiden eine festverdrahtete Verbindung vorhanden sein.
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Die
in sich abgeschlossene Einheit umfaßt typischerweise mindestens
das Abtastmittel, einen radiativen Signalsender und wahlweise eine
oder mehrere Kammern, die eine oder mehrere Batterien zur Stromversorgung
der Einheit enthalten oder aufnehmen können. Ferner kann die in sich
abgeschlossene Einheit Datenspeichermittel und das Vergleichsmittel
umfassen; das Datenspeichermittel und das Vergleichsmittel können zum
Beispiel beide in einem Mikroprozessor oder Rechner ausgeführt sein, der
Bestandteil der Einheit ist.
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Die
in sich abgeschlossene Einheit wird auf zweckmäßige Weise durch lösliche,
bevorzugt durch schnellösliche
Vorrichtungen z. B. in Form einer oder mehreren Verriegelungsvorrichtungen,
die mit einem oder mehreren Verschlußstücken zusammenwirken, in Lagegenauigkeit
mit dem Fenster auf dem Kessel angedockt werden. Die löslichen
Vorrichtungen sind bevorzugt vorgesehen, um die Einheit am Kessel festzuklammern.
Eine geeignete Vorrichtungsform umfaßt eine Verriegung mit Zugfeder,
die von Southco Europe Limited in Cheltenham, England, angeboten
wird.
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Die
Wände des
Kessels können
mindestens teilweise, d. h. mindestens größtenteils und möglicherweise
im wesentlichen gänzlich
aus einem Kunststoffmaterial bestehen. Das Kunststoffmaterial kann
eines sein, das für
die verwendete Strahlung (z. B. Nah-Infrarotstrahlung) transparent
ist.
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Obwohl
der Kessel normalerweise einen steifen Aufbau ausweist, gewöhnlich aus
Metall wie z. B. nichtrostender Stahl, schließen wir die Möglichkeit
nicht aus, daß der
Kessel aus einem flexiblen Sack z. B. aus Kunststoffmaterial besteht.
Der Sack und das Überwachungsmittel
können
so angepaßt sein,
daß das Überwachungsmittel
an den Sack gekoppelt werden kann, oder das Überwachungsmittel kann vom
Sack getrennt in einer festen Beziehung zum Sack oder auf einer
Struktur angebracht sein, die sich mit dem Sack dreht oder hin- und herbewegt, wie
oben beschrieben.
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Verschiedene
andere Aspekte der Erfindung werden unten angeführt, wobei diese anderen Aspekte,
wenn der Kontext es zuläßt, miteinander und/oder
mit einem Aspekt und/oder den anderen Merkmalen kombiniert werden
können,
die oben definiert wurden.
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Um
das Andocken zu erleichtern, liegt des Überwachungsmittel bevorzugt
in Form einer tragbaren Einheit vor, die auf abnehmbare Weise so
an einer Wand des Kessels angebracht werden kann, daß das Überwachungsmittel
am Ende des Mischzyklus ausgebaut werden kann und z. B. manuell
zur Dockingstation befördert
werden kann. Der Tragbarkeit halber wird die das Überwachungsmittel
einschließende
Einheit gewöhnlich
mit den HSE Manual Handling Operations Regulations 1992 konform
laufen und typischerweise nicht mehr als 25 kg an Gewicht aufweisen,
bevorzugt weniger.
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Eine
oder mehrere Führungsschienen
können
auf dem Kessel vorgesehen sein, um die Einheit in eine gewünschte Position
anzuordnen, d. h. mit dem Überwachungsmittel
in Lagegenauigkeit mit dem Fenster, wobei die Einheit erst mit der
(den) Schiene(n) in Eingriff gebracht werden kann und dann die Führungsschiene(n)
entlang in die gewünschte
Position geschoben werden kann, bevor sie mit Hilfe löslicher
Befestigungsvorrichtungen in dieser Position befestigt wird.
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Die
Andockanordnung kann eine oder mehrere Hakenformationen auf der
Einheit und einen oder mehrere Träger am Kessel einschließen, so
daß die
Einheit zum Kessel angereicht werden kann, indem die Hakenformationen
in die Träger
eingehängt werden,
die eine Schiene einschließen
können,
um die Justierung durch Verschieben der Einheit zu erlauben, nachdem
die Haken in die Schiene eingreifen. Auf diese Weise kann die Einheit
zeitweilig an den Trägern
aufgehängt
werden, um die Hände
des Werkers freizugeben und ihm die Betätigung eines oder mehrerer
Befestigungsmittel zum Befestigen der Einheit zu gestatten, wodurch
die Einheit durch die Hakenformation(en)/Träger und das (die) Befestigungsmittel
zurückgehalten
wird.
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Das Überwachungsmittel
kann mit einem oder mehreren Griffen versehen sein, um die Handhabung
während
der Abnahme von der Wand der Mischzone, des Andockens an das Datenerfassungsmittel
und/oder des Transports zwischen der Mischzone und dem Datenerfassungsmittel
zu unterstützen.
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Der
drehbare oder hin- und herbewegliche Mischkessel kann aus einen
sogenannten V-Mischer des Typs bestehen, der in EP-A-0631810 beschrieben
wird, dessen relevante Offenbarung hierin durch diesen Verweis aufgenommen
wird.
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Alternativ
dazu, und bevorzugt, kann der drehbare oder hin- und herbewegliche
Mischkessel aus einem Zwischenproduktbehälter (IBC) bestehen, der zur
Verwendung in Verbindung mit einer Anlage ausgelegt ist, die eine
Antriebseinheit und einen Halterungsrahmen umfaßt, um den IBC aufzunehmen und
zu tragen, wobei der Halterungsrahmen mit der Antriebseinheit zur
Drehung um eine Achse gekoppelt ist, um das Schleudern der Komponenten
im IBC durchzuführen,
wenn letzterer mit dem Halterungsrahmen rotiert.
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Der
IBC kann mit einem Fenster versehen sein, das die Abtastung seines
Inhalts durch spektroskopische Überwachungsmittel,
bevorzugt spektroskopische Nah-Infrarot-Überwachungsmittel,
gestattet.
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Der
IBC kann mit Andockmitteln zur lösbaren Befestigung
des spektroskopischen Überwachungsmittels
zum Abtasten des IBC-Inhalts versehen sein.
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Der
IBC kann mit einem spektroskopischen Überwachungsmittel zum Abtasten
des IBC-Inhalts versehen sein, wobei das Überwachungsmittel bevorzugt
in Lagegenauigkeit mit einem Fenster, durch welches die Abtaststrahlung
gesendet wird, auf nichtinvasive Weise auf dem IBC befestigt ist.
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Gewöhnlich liegt
der IBC in Form eines Trichters vor, typischerweise mit allgemein
rechteckigem Querschnitt, mit einem Einlaß für die zu mischenden Komponenten
an seinem oberen Abschnitt, der einen großen Querschnitt aufweist, und
einem Auslaß zum Entladen
des Gemischs an seinem unteren Abschnitt mit etwas kleinerem Querschnitt.
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Der
IBC kann mit Mitteln zu seiner Kopplung an eine Antriebseinheit
versehen sein, die den IBC dreht oder hin- und herbewegt, gewöhnlich um
eine Achse, die schräg
zum IBC verläuft,
d. h. so, daß die Achse
der Drehung oder Hin- und Herbewegung sich nicht mit der Achse schneidet,
um welche der IBC allgemein symmetrisch ist.
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Der
IBC ist leicht transportierbar; er kann zum Beispiel mit auf dem
Boden liegenden Rädern versehen
sein oder zur Befestigung an ein berädertes Fahrzeug wie z. B. einen
Transportwagen geeignet sein.
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Die
Kopplung zwischen dem IBC und der Antriebseinheit kann mit Hilfe
eines Halterungsrahmens erfolgen, der zum IBC oder zur Antriebseinheit
gehört.
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Wenn
der Halterungsrahmen zur Antriebseinheit gehört, kann der Rahmen obere und
untere Abschnitte umfassen, die jeweils zwischen einer Ladeposition,
in welcher der IBC in den Halterungsrahmen eingeführt werden
kann, und einer Klemmposition, in welcher der IBC aus dem Bodenkontakt
angehoben und zur Drehung mit dem Rahmen sicher festgeklemmt ist,
relativ zueinander hin und voneinander weg bewegt werden können.
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Der
Rahmen kann von einer Welle der Antriebseinheit getragen werden,
zur Drehung um eine Achse, die in Bezug auf eine Mittelachse des
Rahmens schräg
ausgerichtet ist, wodurch der IBC und sein Inhalt um eine Achse
gedreht werden, die schräg
zu den Achsen liegt, um welche der IBC allgemein symmetrisch ist.
Die Drehachse kann zum Beispiel im wesentlichen horizontal sein,
und der Halterungsrahmen kann eine allgemein horizontale Achse aufweisen,
um welche er im wesentlichen symmetrisch ist, und die relativ zur Drehachse
des Antriebsmittels in einer horzizontalen Ebene geneigt ist, d.
h. in einem Winkel, der sich zwischen etwa 10° und etwa 40° bewegen kann, wobei 17° und 30° typische Schrägheitswinkel
sind.
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Auch
wenn das Überwachungsmittel
bevorzugt direkt auf dem IBC vorgesehen ist, schließen wir die
Möglichkeit
nicht aus, daß das Überwachungsmittel
auf dem Halterungsrahmen angeordnet ist und vorgesehen ist, um die Überwachung
des Inhalts des IBCs durchzuführen,
z. B. durch ein strategisch angeordnetes Fenster, das in einer Wand
des IBCs vorgesehen ist.
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Das
in der vorliegenden Erfindung verwendete Überwachungsmittel ist bevorzugt
eine spektroskopische Nah-Infraroteinheit, die einen abstimmbaren
Festkörperfilter
wie z. B. einen akustisch-optisch abstimmbaren Filter aufweist.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Mischen, umfassend, unter
anderem, die folgenden Aspekte, einzeln oder, wenn der Kontext es
zuläßt, in Verbindung
miteinander und/oder in Verbindung mit den oben genannten Aspekten
und Merkmalen der Erfindung:
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Ein
Verfahren zum Mischen einer Anzahl von Komponenten (zum Beispiel,
um ein im wesentlichen homogenes Gemisch daraus herzustellen), umfassend
das Einführen
der Komponenten in einen Mischkessel, das Drehen oder Hin- und Herbewegen des
Mischkessels, um die Mischung der Komponenten zu bewirken, das nichtinvasive Überwachen
des Mischens durch Sammeln von spektroskopischen Daten aus dem Gemisch
während
der Drehung oder Hin- und Herbewegung des Kessels mit Hilfe mindestens
eines selbstbetriebenen spektroskopischen Überwachungsmittels, welches
zur Drehung und Hin- und Herbewegung mit dem Kessel angebracht ist, und
das radiative Senden von Signalen, die das Mischungsstadium der
Komponenten darstellen, mit Hilfe eines Signalsenders, der zur Bewegung
mit dem Kessel angebracht ist, an einen externen Empfänger.
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Der
Mischkessel kann eine Achse aufweisen, um welche er im wesentlichen
symmetrisch ist, wobei dieses Verfahren außerdem das Drehen oder Hin-
und Herbewegen des Mischkessels um eine Achse umfaßt, die
schräg
zu dieser Kesselachse verläuft,
um das Vermischen der Komponenten durchzuführen und das Mischen zu überwachen,
indem während
der Drehung oder Hin- und Herbewegung des Kessels spektroskopische
Daten aus dem Gemisch gesammelt werden.
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Das
Verfahren kann das Einführen
der Komponenten in einen Kessel in Form eines Zwischenproduktbehälters (IBC)
einschließen.
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Das
Verfahren kann außerdem
das Einführen
mindestens einer der Komponenten in den Mischkessel, das Drehen
oder Hin- und Herbewegen des Kessels in einer ersten Betriebsphase,
bei gleichzeitiger Überwachung
des Zustands der mindestens einen Komponente durch Sammeln von spektroskopischen
Daten, die für
diesen Zustand repräsentativ
sind, den Zusatz mindestens einer zusätzlichen Komponente in den
Mischkessel, wenn erkannt wird, daß die mindestens eine Komponente
einen gewünschten
Zustand erreicht hat, und das Drehen oder Hin- und Herbewegen des
Kessels in einer zweiten Betriebsphase, bei gleichzeitiger Überwachung
des Zustands des Gemisches, das durch die zusätzliche Komponente ergänzt wurde,
durch Sammeln von spektroskopischen Daten, die für diesen Zustand repräsentativ
sind, um das Erreichen eines gewünschten
Zustands des ergänzten
Gemisches zu bestimmen.
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Eine
typische Anwendung liegt in der Mischung von pharmazeutischen Komponenten,
wobei eine der Komponenten ein Schmiermittel wie z. B. Magnesiumstearat
umfasst. Es ist darauf zu achten, daß das Schmiermittel die Partikel
der pharmazeutischen Komponenten nicht komplett beschichtet (manchmal
als „Übermischung" bezeichnet), da
die anschießende
Tablettierung des Gemischs sonst nicht möglich ist. Daher kann in mindestens
zwei genannten Aspekten der Erfindung die erste Phase das partielle
Mischen der pharmazeutischen Komponenten in Abwesenheit der Schmiermittelkomponente umfassen,
während
die zweite Phase den Zusatz der Schmiermittelkomponente und die
Komplettierung des Mischens mit den Arzneiträgern und Arzneimitteln auf
einen gewünschten
Homogenitätsgrad
(jedoch ohne Übermischung)
umfassen kann.
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Vorstehend
wurden zwei Mischphasen erwähnt,
während
welcher spektroskopischen Daten gesammelt werden, doch es ist anzumerken,
daß es mehr
als zwei solcher Phasen geben kann. Zum Beispiel kann es eine weitere
Phase geben, in der eine oder mehrere weitere Komponente zugesetzt
werden und das Mischen fortgesetzt wird, während spektroskopische Daten
gesammelt werden, die es erlauben, das Erreichen des gewünschten
Zustands zu bestimmen.
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Der
Zustand, der in der ersten Phase überwacht wird, kann der gleichen
Art sein wie der, der während
der zweiten Phase überwacht
wird. Zum Beispiel kann sich der überwachte Zustand in beiden Phasen
auf den erreichten Homogenitätsgrad
beziehen, d. h. im wesentlichen voll homogen oder ein akzeptabler
Grad, der zum Beispiel zwischen dem voll inhomogenen und dem voll
homogenen Zustand liegt.
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Doch
die überwachten
Zustände
müssen nicht
gleicher Art sein. Zum Beispiel können die eingeführten Komponenten
in der ersten Phase in Form von Feinstoffen und gröberer Partikel
vorliegen, und die erste Phase kann die Überwachung des Verteilungsgrads
der Feinstoffe in der Masse der groben Partikel umfassen, während die
zweite Phase, nach Einführung
der zusätzlichen
Komponente(n), die Überwachung
des Erreichens des homogenen Endpunkts oder eines anderen akzeptablen
Mischungsgrads einschließt.
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Es
ist anzumerken, daß,
wo der Kontext es zuläßt, die
verschiedenen Aspekte des erfindungsgemäßen Verfahrens mit den verschiedenen
Aspekten und Merkmalen der Vorrichtung und/oder des IBCs ausgeführt werden
können,
die oben beschrieben wurden. Insbesondere wird das erfindungsgemäße Verfahren
in seinen verschiedenen Aspekten bevorzugt mit einem akustisch-optisch
abstimmbaren Filter ausgeführt
(bevorzugt auf der Basis eines Tellurdioxidkristalls), um Strahlung
aus einer Breitbandstrahlungsquelle (bevorzugt eine Nah-Infrarotquelle) in
einem breiteren Band verschiedener Wellenlängen oder innerhalb verschiedener
Bänder
zu erzeugen.
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Die
Erfindung wird nun nur beispielhaft Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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1 eine
schematische Ansicht eines sogenannten V-Mischers und einer zugehörigen Mischprozeßanordnung
ist;
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2 ein
Blockdiagramm einer spektroskopischen Überwachungseinheit ist, die
Bestandteil der Vorrichtung von 1 ist;
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3 eine
schematische Ansicht ist, die das Andocken der Überwachungseinheit an eine
Datenerfassungs- und Analyseeinheit zeigt;
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4 eine
schematische Ansicht eines IBCs ist;
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5 eine
schematische Seitenansicht ist, die die Ladestellung eines Rahmens
zur Befestigung des IBCs veranschaulicht;
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6 eine 5 entsprechende
Ansicht ist, die den IBC aber in seiner angehobenen, befestigten Position
zeigt, um die Drehung und Mischung des IBC-Inhalts vorzubereiten;
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7 ein
schematischer Grundriß ist,
die die Ausrichtung des Halterungsrahmens und des IBCs zeigt;
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8 eine
schematische Ansicht einer Sondenanordnung zur Transmissionsabtastung
der Mischzone zeigt;
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9 eine
Vorderansicht einer integrierten Rahmen- und IBC-Anordnung ist, wobei einer
der Ständer
partiell ausgebrochen ist, um eine Ansicht auf das Sichtfenster
zuzulassen, das auf dem IBC vorgesehen ist;
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10 eine
vergrößerte Ansicht
des Abschnitts des IBCs ist, der mit Mitteln zum Andocken des Überwachungsmittels
versehen ist;
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10A ein schematischer Grundriß ist, der die Achse zeigt,
um welche der IBC gedreht wird; und
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11 und 12 Graphen
in 3 Dimensionen und 2 Dimensionen sind, die jeweils die Annäherung von
spektroskopischen Profilen im Laufe eines Mischzyklus zeigen.
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In 1 wird
die Mischung von Pulvern wie z. B. Arzneimitteln und Arzneiträgern in
einem V-Mischer durchgeführt.
Der Aufbau und die Arbeitsweise solcher Mischer sind dem Fachmann
wohlbekannt (siehe zum Beispiel EP-A-0631810). Kurz gesagt, der
V-Mischer umfaßt
einen Kessel 10, der allgemein V-förmig ist, mit zwei Beinen 12 und
Zugangsöffnungen 14 und 16,
die jeweils am Schnittpunkt zwischen den Beinen und an den freien
Enden der Beine 12 angeordnet sind. Die Öffnungen 14, 16 erlauben
die Einführung
der zu mischenden Komponenten und ihre anschließende Entnahme, wobei jede Öffnung mit
einem Verschlußelement
versehen ist, das durch geeignete lösliche Befestigungsmittel (nicht
gezeigt) befestigt wird. Der Kessel ist zur Drehung um eine Achse 18 befestigt,
die durch das Innere des Kessels verläuft. Daher ist der Kessel,
wie gezeigt, mit koaxialen Wellen 20 versehen, die auf
entgegengesetzten Seiten des Kessels angeordnet sind.
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Die
Wellen werden in geeigneten Zapfen 22 getragen und sind
so mit dem Kessel gekoppelt, daß die
Wellenkopplungen nichtinvasiv sind, d. h., sie springen nicht in
das Innere des Kessels vor, um dadurch möglicherweise den Mischvorgang
zu stören. Eine
der Wellen ist mit dem Antriebsmittel 24 verbunden, das
typischerweise einen Elektromotor und Getriebemittel umfaßt.
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An
einer geeigneten strategischen Stelle ist der Kessel mit einem Fenster 26 versehen,
dessen Innenfläche
im wesentlichen bündig
zur Innenfläche der
Kesselwände
ist, so daß sie
nichtinvasiv ist. An dieser Stelle ist eine spektroskopische Überwachungseinheit
M auf dem Kessel befestigt. Der Ort des Fensters ist so gewählt, daß die Abtastung
des Gemischs der Komponenten an diesem Ort repräsentative spektroskopische
Profile des Gesamtzustands der Mischung ergibt, der während des
Mischvorgangs erreicht wurde. Das Fenster kann aus jedem geeigneten
Material bestehen, das die Strahlung ohne Verzerrung durchläßt; im Falle
der Nah-Infrarotstrahlung
kann das Fenster zum Beispiel aus Saphir bestehen.
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In
der Überwachungseinheit
dieser Ausführungsform
ist ein Gemischabtastwandler 28 untergebracht, der der
Steuerschaltung 30 entsprechend Strahlung erzeugt, z. B.
Nah-Infrarotstrahlung, die durch das Fenster 26 in den
Kessel hinein gesendet wird, und die Strahlung empfängt, die
vom Komponentengemisch in unmittelbarer Nachbarschaft der Innenfläche des
Fensters zurückgeworfen
wird. Dem reflektierten Signal entsprechende Daten werden im Datenspeichermittel
gespeichert, z. B. in einem Festkörperspeichergerät (wie z.
B. ein RAM-Chip), das zum Rechenmittel 34 gehört, welches
programmiert ist, um die Daten zu analysieren, um für jede Abtastung
ein spektroskopisches Profil abzuleiten, und die Abtastprofile zum
Beispiel mit einem vorgeladenen Sollprofil vergleichen kann, das
den homogenen Endpunkt für
das Gemisch aus den gerade gemischten Komponenten darstellt. Die
Abtastung des Gemischs wird durch den ganzen Mischvorgang hindurch
wiederholt durchgeführt,
und die bei jeder Abtastung gesammelten Daten werden im Speichergerät zurückgehalten.
Zum Beispiel kann die Abtastung so durchgeführt werden, daß mindestens
ein spektroskopisches Profil pro Umdrehung des Kessels erhalten
wird; typischerweise können
in der Praxis Hunderte oder gar mehr als tausend solcher spektroskopischer
Profile während
jeder Umdrehung erhalten werden. Der Mischkessel rotiert typischerweise mit
einer Geschwindigkeit von etwa 7 bis 8 U/min.
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Die Überwachungseinheit
M kann durch jede Umdrehung des Kessels hindurch ständig Daten sammeln.
Einige der gesammelten Daten können
natürlich
nicht relevant sein, da es während
jeder Umdrehung Zeitperioden gibt, in denen kein Material in unmittelbarer
Nachbarschaft des Sichtfensters vorhanden ist, oder zumindest nicht
in einer auf geeignete Weise verdichteten Form. Dennoch können diese Daten
gesammelt und gespeichert werden, aber aufgrund des entsprechenden
spektroskopischen Profils als nicht relevant für den augenblicklich vorherrschenden
Mischungszustand erkannt werden. Zu anderen Zeiten während des
Umdrehungszyklus wird das Material in einem verdichteten Zustand
am Fenster vorliegen, der zur Bestimmung des Mischungszustands geeignet
ist. Der Verdichtungsgrad kann in gewissem Umfang schwanken, doch
die Empfindlichkeit des Überwachungsmittels
dieser Schwankung gegenüber
kann durch geeignete Wahl der Wellenlängen gesteuert werden, die
bei der Abtastung benutzt werden.
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Das
Rechenmittel 34 kann eine Anzahl von Sollprofilen speichern,
die jeweils einem anderen Satz von zu mischenden Komponenten oder
Anteilen entsprechen, und ist mit Benutzereingabemitteln versehen
(d. h. eine Wählscheibe,
Zahlentastatur oder ähnliches – nicht
gezeigt), mit deren Hilfe das Sollprofil, das für einen bestimmten Mischvorgang
geeignet ist, zum Vergleich mit den Abtastprofilen gewählt werden
kann. Statt den Mischungsgrad durch Bezugnahme auf ein oder mehrere
vorgegebene(s) Abtastprofil(e) zu bewerten, kann das Rechenmittel Änderungen
in den Daten überwachen,
die durch Abtastung abgeleitet wurden, um die Annäherung der
Daten an einen im wesentlichen statischen Zustand zu erkennen, der
mit einem gewünschten
Mischungsgrad gleichgesetzt werden kann. Daher kann das Rechenmittel
zum Beispiel programmiert sein, um die Daten zu mitteln, die aus
einem bestimmten Satz Abtastungen abgeleitet wurden, und den Umfang
zu bestimmen, in dem sich die Mittelwerte von einen Satz Abtastungen
zum nächsten
verändern,
so daß,
sobald die Mittelwerte sich nähern
und um nicht mehr als einen bestimmten Betrag abweichen, dies als
ein statischer Zustand gelten kann, der einem gewünschten
Mischungszustand entspricht.
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In
der Praxis können
die aus jeder Abtastung erhaltenen spektroskopischen Profile aus
den oben erwähnten
Gründen
je nach Ausrichtung des Kessels erheblich abweichen, d. h., einige
Abtastungen können
einer vollen Ansicht der Pulverkomponenten entsprechen, während andere
Abtastungen der Ansicht des freien Raums entsprechen. Das Rechenmittel
ist daher programmiert, um zwischen „guten" Abtastungen, die für den vorherrschenden Mischungsgrad
repräsentativ
sind, und „Freiraumabtastungen" zu differenzieren.
Dies kann zum Beispiel den Vergleich der Reflexionswerte in einer
oder mehreren Wellenlänge(n)
mit einem oder mehreren Schwellenwert(en) einschließen, und
das Verwerfen von Spektren mit Reflexionswerten, die kleiner sind
als der (die) Schwellenwert(e), und/oder das das Zuführen von Datensignalen
an das Rechenmittel, die die Drehorientierung des Kessels an einem
oder mehreren Punkten in seinem Drehungs- (oder Hin- und Herbewegungszyklus)
anzeigen.
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Die
verwendete spektroskopische Technik kann die Nah-Infrarotspektroskopie
sein, die bevorzugt in einem Frequenzbereich von 900 bis 2500 nm arbeitet.
Doch die Erfindung ist nicht auf die Verwendung des Nah-Inrarotbereichs
beschränkt,
und andere Formen von spektroskopischen Geräten, die im Bereich der elektromagnetischen
Strahlungswellenlängen
arbeiten, können
verwendet werden, wie z. B. ein Ultraviolett-Spektralfotometer,
ein Mittel-Infrarot-Spektralfotometer, ein Infrarot-Spektralfotometer oder
ein Raman-Spektralfotometer.
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Die
Einheit M umfaßt
auch einen Signalsender 36, um ein Ausgangssignal zu erzeugen,
wenn das Ergebnis des Vergleichs, der vom Rechenmittel 34 angestellt
wird, ergibt, daß das
Abtastprofil mit dem Sollprofil übereinstimmt,
oder mindestens auf akzeptable Weise mit vordefinierten Toleranzen übereinstimmt,
die in das Rechenmittel einprogrammiert wurden. Das so gesendete
Ausgangssignal kann ein optisches und/oder ein akustisches Signal
sein, um den Werker darauf aufmerksam zu machen, daß der gewünschte Mischungsgrad,
z. B. der homogene Endpunkt, erreicht wurde, so daß der Werker
den Mischzyklus dann durch Abstellen den Antriebsmotors beenden
kann. Der Signalsender 36 kann in diesem Fall mit einer
Lichtquelle versehen sein, um eine optische Ausgabe zu erzeugen,
und/oder mit einer Schallquelle wie z. B. einen Lautsprecher, um
ein akustisches Signal abzugeben.
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Alternativ
dazu kann das Ausgangssignal benutzt werden, um den Mischzyklus
zu beenden oder seine Beendung automatisch einzuleiten. In diesem
Fall kann der Signalsender 36 elektromagnetische Signale
(z. B. Hochfrequenzsignale) abgeben, die von einem Empfänger empfangen
werden, der zur Steuerschaltung 38 gehört, die mit dem Antriebsmittel 24 verbunden
ist, so daß der
Kessel beim Empfang des „Übereinstimmungssignals" vom Signalsender 36 durch
Abschalten des Antriebsmittels 24 angehalten wird.
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Die
vom Signalsender erzeugten Signale sind bevorzugt von den Signalen
unterscheidbar, die von ähnlichen
Signalsendern gesendet werden, die anderen Mischern/Überwachungseinheiten
M in der Nachbarschaft angehören.
Wenn die Signale radiativ übertragen
werden, kann diese Unterscheidung anhand der Übertragungsfrequenz erfolgen,
oder die Signale aus verschiedenen Sendern können auf unterschiedliche Weise
kodiert sein. Wenn die Signale in optischer oder akustischer Form
vorliegen, kann die Unterscheidung durch verschiedene Farben, Blinkweisen,
Tonfrequenzen, Schallspektren usw. oder gar durch eine elektronisch
erzeugte Sprachausgabe erfolgen, die angibt, daß ein gegebener Mischkessel
seinen Zyklus beendet hat (oder ein entsprechender Wortlaut).
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Die
Einheit M ist darin in sich abgeschlossen, daß sie die spektroskopischen
Daten vom Kessel sammelt und speichert, einen Vergleich zwischen den
abgetasteten Spektralprofilen und dem geeigneten Sollprofil durchführt. Sie
ist auch eigenbetrieben, wobei die Stromversorgung für die verschiedenen Komponenten
der Einheit in Form einer oder mehrere Batterie(n) (z. B. wiederaufladbare
Batterien) vorliegt, die in der Einheit M untergebracht sind. Ferner kann
sie ausreichend leicht und kompakt sein, um ohne mechanische Transportgeräte transportiert werden
zu können,
und ist zu diesem Zweck mit einem oder mehreren Griffen H versehen,
um das Tragen der Einheit und die Einbau/Ausbauvorgänge der Einheit
am Mischkessel zu erleichtern. Die Einheit M kann zum Beispiel einen
gemeinsamen Rahmen oder eine Basis umfassen, worauf die verschiedenen Komponenten
befestigt werden.
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Die
Einheit M für
den schnellen Ein- und Ausbau ausgelegt und zu diesem Zweck mit
einen oder mehreren löslichen
Vorrichtungen versehen, mit deren Hilfe die Einheit M in einer definierten
Ausrichtung zum Fenster 26 am Kessel befestigt werden kann,
z. B. mit dem Rahmen oder der Basis, die an einer vorgegebenen Andockstelle
auf dem Kessel an den Kessel geklemmt ist. Zum Beispiel kann die
Einheit mit einem oder mehreren Verriegelungselement(en) 29 versehen
sein, z. B. Southco-Verriegelungen mit Zugfeder, die mit Verschlußstücken zusammenwirken,
die am Kessel vorgesehen sind (oder umgekehrt) und z. B. so angeordnet
sind, daß die
Einheit M in einer bestimmten Ausrichtung zum Kessel angereicht
werden muß,
um die korrekte Andockung mit Verriegelungen und Verschußstücken zu
erreichen, die für
den Befestigungsvorgang korrekt ausgerichtet sind. Es ist anzumerken,
daß die Einheit
M außerachsig
zur Drehachse des Mischers angebracht ist, und daß die die
spektroskopische Abtastung nichtinvasiv ist.
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Alle
Daten, die vom Datenspeichergerät
des Rechenmittels 34 während
eines Mischzyklus gesammelt werden, sind potentiell von Nutzen,
zum Beispiel zur Analyse der Leistung des Mischers und der Einheit
M. Nach Beendung des Mischzyklus werden die gesammelten Daten an
eine elektronische Datenerfassungs- und Analyseeinheit (DAAU, siehe 3) übertragen.
Die DAAU kann mit einer definierten Andockstelle mit ähnlichem
Design wie die am Kessel ausgestattet sein, so daß die Befestigungsvorrichtungen,
die auf der Einheit M vorgesehen sein, benutzt werden können, um
die Einheit M während der
Datenübertragung
an die DAAU zu befestigen. Die DAAU kann Mittel umfassen, um die übertragenen
Daten zum Beispiel dem spezifischen Mischer, der verwendeten Überwachungseinheit
M und/oder dem durchgeführten
Mischvorgang zuzuordnen; zum Beispiel kann die DAAU für solche
Identifikationsdaten Eingabemittel umfassen, z. B. eine Tastatur
oder ähnliches.
Sobald die Datenübertragung
zur DAAU durchgeführt
wurde, können
die in der Einheit M gespeicherten Daten, die durch Abtastung des
betreffenden Mischzyklus abgeleitet wurden, gelöscht oder in einem nachfolgenden
Mischzyklus überschrieben werden.
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Die
Einheit M umfaßt
auch ein eine Kammer für
eine Stromversorgung 40, z. B. in Form einer oder mehrerer
wiederaufladbarer Batterien. Die Stromversorgung 40 kann
voll einsatzfähig
gehalten werden, indem die wiederaufladbaren Batterien während der Unterbrechungszeit
zwischen aufeinanderfolgenden Mischvorgängen ausgebaut und durch voll
aufgeladene Batterien ersetzt werden, wobei die ausgetauschten Batterien
dann wieder aufgeladen werden, um in die gleiche Einheit oder eine
andere Einheit eingesetzt werden zu können, sobald sie voll aufgeladen
sind.
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In
der Ausführungsform,
die Bezug nehmend auf 1 und 2 beschrieben
wurde (und auch in denen, die nachstehend beschrieben werden), wird die
Analyse der abgetasteten Daten, z. B. der Vergleich der Abtastprofile
mit einem Sollprofil, am Kessel durchgeführt, und das Signal zum Beenden
des Mischvorgangs wird vom Sender am Kessel gesendet. Verschiedene
Modifikationen sind möglich,
die zum Beispiel eine „externe" Datenspeicherung und/oder
Datenanalyse, z. B. den Vergleich der Abtast- und Sollprofile, während des
Mischzyklus einschließen.
Zum Beispiel können
die durch wiederholte Abtastung erhaltenen Daten von der Einheit
M zu einem separaten „externen" Rechenmittel übertragen werden,
das ein Datenspeichergerät
aufweist und programmiert ist, um das Erreichen eines gewünschten
Mischungsgrads zu bestimmen. Die Datenübertragung von der Einheit
M zum Rechenmittel kann in diesem Fall durch radiative Übertragung
vom Sender 36 erfolgen, z. B. durch ein mit den Daten kodiertes Hochfrequenzsignal,
das an einen Empfänger übertragen
wird, der mit dem Rechenmittel verbunden ist. In solchen Ausführungsformen
kann die Steuerung des Antriebsmittels für den Mischkessel durch vom Rechenmittel
abgeleitete Signale erfolgen, die z. B. die „Übereinstimmung" von Abtast- und
Sollprofilen darstellen, und solche Signale können entweder durch radiative Übertragung
mit einem Sender-Empfänger-Paar
oder durch eine festverdrahtete Verbindung an die mit dem Antriebsmittel
verbundene Steuerschaltung 38 übertragen werden.
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Auch
wenn 1 und 2 die Verwendung einer einzigen Überwachungseinheit
M veranschaulicht, ist anzumerken, daß jeder Mischer mit mehr als
einer Überwachungseinheit
und Fenster-Kombination versehen sein kann, die an verschiedenen
strategischen Stellen auf dem Kessel angeordnet sind. Zudem schließen wir
die Möglichkeit nicht
aus, daß die Überwachungseinheit(en)
M, statt batteriebetrieben zu sein, von einer separaten externen
Stromquelle (z. B. das Stromnetz) versorgt werden, über eine
Verkabelung, die über
Schleifringe oder andere Kopplungen, die die Herstellung von elektrischen
Verbindungen zur Überwachungseinheit erlauben,
wenn sie am sich drehenden oder hin- und herbewegenden Kessel befestigt
ist, mit einer Überwachungseinheit
am Kessel verbunden ist.
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Die
spektroskopische Überwachungseinheit M,
wie sie in den obigen Ausführungsformen
und nachstehend verwendet wird, kann einen nichtkollinearen akustischoptisch
abstimmbaren Tellurdioxid-Festkörperfilter
vom Typ umfassen, der im Artikel „Acoustic-Optical Tunable
Filters Spectrally Modulate Light" von Dr. Xiaolu Wang offenbart wird
und in der Ausgabe August 1994 von „Laser Focus World" veröffentlicht
wurde (dessen Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch diesen Verweis
hierin aufgenommen wird). Wie in diesem Artikel beschrieben, kann
der Filter mit einer Wolfram-Glühlampe verbunden
sein, um eine Nah-Infrarotquelle mit Schnellabstimmung für spektroskopische
Anwendungen zu erhalten. Der verwendete Detektor kann ein In-Ga-As-Detektor sein. Eine
geeignete Form von spektroskopischer Überwachungseinheit zur Verwendung
in der vorliegenden Erfindung ist das „Luminar 3030-701-INT AOTF-NIR
Free Space Spectrometer" mit
einem Wellenlängenbereich
von 1100 bis 2300 nm (und auch das entsprechende Modell 2030 mit
einem Wellenlängenbereich
von 900 bis 2300 nm), das von der Brimrose Corporation in Baltimore,
MD 21236 (USA), angeboten wird. Ein weiteres Gerät, das in Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, ist die „NIR Optical
Spectograph Card" (NIROSC),
die eine In-Ga-As-Dioden-Array
enthält und
von der Control Development Corporation in Indiana (USA) angeboten
wird.
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Verschiedene
andere Formen spektroskopischer Einheiten können verwendet werden. Die Strahlungsquelle
kann eine Breitspektrumsquelle für sichtbares
bis Nah-Infrarot
wie z. B. eine Wolfram-Halogen-Glühlampe sein, die Strahlung
im Nah-Infrarotintervall zwischen 400 bis 2500 nm abgibt. Auch wenn
die Filteranordnung bevorzugt durch ein AOTF gebildet wird, wie
oben erwähnt,
kann die Filteranordnung eine Vielzahl von Filtern umfassen, die
jedes eine Strahlung einer jeweiligen Einzelfrequenz oder eines
Frequenzbands durchlassen. In anderen Ausführungsformen kann die Strahlungsquelle
eine Quelle für
sichtbares Licht, wie z. B. eine Bogenlampe, eine Röngtenquelle,
ein Laser wie z. B. ein Diodenlaser, oder eine Leuchtdiode (LED)
sein, und die Filteranordnung kann durch ein Beugungsgitter, einen
Monochromator oder ein Spektrometer des Fourier-Transformationstyps ersetzt werden.
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Der
Detektor kann ein integrierender Detektor wie z. B. ein Si-, PbS-
oder IN-Ga-As-integrierender Detektor sein, ein Dioden-Array-Dektektor
wie z. B. ein Si- oder In-Ga-As-Dioden-Array-Detektor, oder ein
ein- oder zweidimensionaler
Array-Detektor wie z. B. ein CMOS-Chip, ein CCD-Chip oder ein Focal-plane-array
sein. Im Gebrauch erzeugt der Detektor Signale, die von der Zusammensetzung
des gemischten Materials und von der Frequenz der verwendeten Strahlung
abhängen.
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Nun
Bezug nehmend auf 4 und 5, ist eine
besonders zweckmäßige Implementierung der
Erfindung unter Verwendung eines sogenannten IBCs und einer Antriebseinheit
zur Befestigung und Drehung des IBCs möglich. Solche Anlagen werden von
Matcon U. K. in Gloucestershire (GB) angeboten. Der IBC umfaßt einen
trichterförmigen
Behälter 100 mit
einer Einlaßöffnung 102 an
seinem oberen Abschnitt mit größerem Querschnitt
und einem Auslaß 104 an
seinem unteren Querschnitts abschnitt. Die zu mischenden Komponenten
werden durch die Einlaßöffnung in
den IBC eingeführt,
und das Gemisch wird durch die Auslaßöffnung 104 entladen,
die mit Mitteln (nicht gezeigt) ausgestattet sein kann, um dieses
Entladen zu erleichtern. Solche Mittel können zum Beispiel Matcon-Kegelventile
umfassen. Die Einlaß- und Auslaßöffnungen
sind mit Verschlußmitteln
(nicht gezeigt) versehen. Der IBC ist allgemein um seine vertikale
Achse symmetrisch, mit einem oberen Abschnitt, der einen größeren Querschnitt aufweist,
und einem unteren Abschnitt, dessen Querschnitt zum Auslaß 104 hin
progressiv abnimmt, d. h. aufgrund seiner Trichterkonfiguration.
Der IBC weist typischerweise einen rechteckigen Querschnitt in der Horizontalebene
auf.
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Der
IBC ist geeignet, an eine Antriebseinheit 106 befestigt
zu werden, die eine Antriebswelle 108 aufweist, an die
ein IBC-Halterungsrahmen 109 gekoppelt ist. Der Rahmen 109 umfaßt obere
und untere Rahmenabschnitte 110, 112, die relativ
zueinander hin und voneinander weg beweglich sind (z. B., kann der
untere Rahmen 112 beweglich und der obere Rahmen 110 feststehend
sein), zwischen einer IBC-Ladeposition, wie in 5 gezeigt,
und einer IBC-Tragposition, wie in 6 gezeigt,
in welcher der IBC vom Boden abgehoben ist und zur Drehung mit dem
Rahmen 109 festgeklemmt ist. Wie im Grundriß von 7 gezeigt,
ist der Rahmen 109 so auf der Antriebswelle 108 befestigt,
daß die
allgemein vertikale Symmetrieebene relativ zur Drehachse 114 der
Welle 108 schräg
geneigt ist. Dementsprechend verläuft die die Horizontalachse 116,
um welche der IBC allgemein symmetrisch ist, schräg zur Drehachse 114,
wenn der IBC im Rahmen befestigt ist, wie in 6 gezeigt.
Im Betrieb wird der schräg angebrachte
IBC um die Achse 114 gedreht, um die Mischung seines Inhalts
zu bewirken.
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Der
IBC ist mit einer Überwachungseinheit
M ausgestattet, die an eine strategisch angeordnete Andockstelle
auf dem IBC gekoppelt ist, z. B. auf einer der geneigten Seitenwände davon.
Die Einheit M kann allgemein den gleichen Aufbau und alle Merkmale
aufweisen, wie in Bezug auf die Einheit M von 1 und 2 beschrieben,
und wenn sie angedockt ist, ist sie mit einem Fenster (nicht gezeigt)
in der Seitenwand in Lagegenauigkeit, so daß die Abtastung des IBC-Inhalts
während
des Mischvorgangs erfolgen werden kann. Die Überwachungseinheit M kann zum
Beispiel ein batteriebetriebenes Brimsrose AOTF-Spektroskop umfassen,
wie oben erwähnt. Wie
in der Ausführungsform
von 2 kann die Überwachungseinheit
M ausgelegt sein, um den Mischzyklus zu steuern, z. B. durch Erzeugen
eines Signals, das an einen externen Empfänger und ein zugehöriges signalverwendendes
Mittel übertragen wird,
welches die Antriebseinheit 106 steuert. Dadurch kann zum
Beispiel, wenn die spektroskopischen Daten, die von der Überwachungseinheit
M gesammelt wurden, angeben, daß das
Gemisch einen gewünschten
Zustand erreicht hat, z. B. den homogenen Endpunkt für das Gemisch,
die Überwachungseinheit
ein Signal ausgeben, das den Betrieb der Antriebseinheit 106 auslöst, um die
Drehung des Rahmens 109 zu beenden und den IBC in die Konfiguration
anzuordnen, die in 6 gezeigt wird, um das Entladen
des IBC-Inhalts zur Übergabe
an weitere Verarbeitungsmittel wie z. B. eine Tablettierungsanlage
zu gestatten.
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Alternativ
dazu kann der IBC mit seinem intakten Inhalt vom Rahmen abgenommen
werden und dann einem weiteren Verarbeitungsschritt zugeführt werde,
nachdem die Drehung beendet wurde. Eine andere Alternative umfaßt das Rückstellen
des IBCs in seine Konfiguration von 6 und dann
den Zusatz einer oder mehrerer weiterer Komponente(n) in den IBC,
um diese durch Weiterbetrieb der Antriebseinheit 106 mit
dem im IBC vorhanden Material zu vermischen, wieder unter Verwendung
der Überwachungseinheit,
um den Mischvorgang wie oben beschrieben zu überwachen. Das Mischverfahren
kann das Ergänzen
des im IBC vorhanden Materials durch zusätzliche Komponenten in einen
oder mehreren Schritten umfassen, wobei der IBC-Inhalt während jeder
dieser Schritte überwacht
wird und das Mischen bei Erreichen des gewünschten Mischungszustands (der
vom Überwachungsmittel
erkannt wird) unterbrochen wird, während eine oder mehrere zusätzliche
Komponenten zugesetzt werden. Sobald sämtliche Komponenten zugesetzt
und auf den gewünschten
Zustand gemischt wurden, wird der IBC zum Entladen seines Inhalts
oder zur Entnahme (nach Absenkung in die in 5 gezeigte
Position) und zur Übergabe
an einen weiteren Verarbeitungsschritt in die in 6 gezeigte
Konfiguration zurückgestellt.
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Die
schrittweise Mischung der Komponenten, wie oben beschrieben, kann
auch in den Ausführungsformen
von 1 und 2 durchgeführt werden.
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Obwohl
die Überwachung
bevorzugt auf nichtinvasive Weise durchgeführt wird, d. h. ohne Eindringen
oder Störung
des Mischvorgangs im Inneren des Mischkessels, schließen wir
die Möglichkeit von Überwachungseinheiten
mit invasivem Aufbau nicht aus.
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Der
Abtastungsweise ist durch diffuse Reflexion der Überwachungsstrahlung. Doch
es ist anzumerken, daß andere
Abtastungsweisen verwendet werden können, wie z. B. Rückstrahlungstechniken, bei
welchen die Strahlung auf eine reflektierende Fläche gerichtet wird, die in
der Mischzone angeordnet ist, und die reflektierte Strahlung von
der spektroskopischen Überwachungseinheit
erkannt wird, oder eine Technik, bei welcher die Strahlung von einer Stelle
abgegeben wird und die Erkennung der Strahlung an einer anderer
Stelle erfolgt. Eine Ausführungsform,
welche die letztere Technik anwendet, wird in 8 veranschaulicht,
wobei die Strahlung mit Hilfe einer Sonde 130, die durch
die Wand 132 in den Kessel vorspringt, durch das Innere
des Mischkessels geleitet wird. Die Sonde ist aus einem Material
zusammengesetzt, das zur Übertragung
der verwendeten Strahlung geeignet ist, und definiert mit Hilfe
der den reflektierenden Flächen 134, 136 und
der ausgekehlten Endfläche 138 einen Übertragungsweg,
der einen Eingangsweg 140, einen interaktiven Weg 142,
der durch die Auskehlung in der Endfläche und daher durch das Innere
der Mischzone verläuft, und
einen Rücklaufweg 144 umfaßt. Die
Strahlung wird vom AOTF oder ähnliches
durch Lichtleitfasermittel 146 auf die Sonde 130 gerichtet
und durch Lichtleitfasermittel 148 zum Detektor des Überwachungsmittels
zurückgeleitet,
wobei die Lichtleitfasermittel 146, 148 auf einem
tragenden Abschnitt des Überwachungsmittels
vorgesehen sind, der bei der Befestigung des Überwachungsmittels auf dem
Kessel in Lagegenauigkeit mit der Sonde 130 gebracht wird.
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In
der Ausführungsform
von 4 bis 7 wird der IBC schematisch dargestellt.
In der Praxis kann der IBC mit einem Rahmen versehen sein, um seine
Handhabung, seinen Transport und seine Kopplung an die Antriebseinheit 106 zu
erleichtern. Solch eine Anordnung wird in 9 und 10 dargestellt,
auf welche nun Bezug genommen wird. Wie gezeigt, umfaßt der Rahmen
Ständer 150,
die an den vier Ecken des IBCs 100 angeordnet sind und
durch Querträger 152 miteinander
verbunden sind, wobei der IBC im Rahmen mit seinem Auslaß in beabstandetem
Verhältnis
zum Boden angeordnet ist. Der Rahmen kann zur Verwendung mit einem
Gabelstapler geeignet sein, um seine Befestigung an und seine Entnahme
von der Antriebseinheit 106 zu erleichtern. Die unteren
Enden der Ständer 150 sind
mit schwenkbaren, auf dem Boden liegenden Rädern 154 versehen,
um die Mobilität
zu erleichtern. Der obere Abschnitt des IBCs-Rahmens ist auf einer
Seite mit einem Verbindungsstück 156 versehen,
um den IBC und seinen Rahmen im wesentlichen auf gleiche Weise wie
in 7 gezeigt so an die Antriebseinheit 106 zu
koppeln, daß der
IBC im Betrieb um eine schräge
Achse 156A (siehe 10A)
gedreht wird, um eine effiziente Schleuderwirkung auf seinen Inhalt
zu gewährleisten.
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Die Überwachungseinheit
M ist auf einer Seite des IBCs in Lagegenauigkeit mit einem Fenster 160 (z.
B. ein Saphirfenster) befestigt, das auf der schrägen Wand 162 des
IBCs angeordnet ist, um die Strahlungsübertragung in das Innere des
IBCs zuzulassen. Der Einbau der Einheit M wird in 10 detaillierter
dargestellt. Die Einheit M umfaßt
ein Gehäuse 164,
das mit Griffen H versehen ist, die die Handhabung der Einheit erleichtern,
und mit Wärmeableitungsrippen 165 oder
dergleichen zum Ableiten der Wärme,
die beim Betrieb der Einheit entsteht. Im Gehäuse sind verschiedene Komponenten
untergebracht, die oben in Verbindung mit 1 und 2 beschrieben
wurden, einschließlich
zum Beispiel einer spektroskopischen Überwachungseinheit wie die spektroskopische
Ausrüstung
Luminar 3030 AOFT. Das Gehäuse
umfaßt
ein Fenster 166, durch welches die ausgehende und eingehende
Strahlung durchgehen kann, und das mit dem Fenster 160 in
Lagegenauigkeit ist, wenn das Gehäuse 164 auf dem IBC befestigt
ist. Zu diesem Zweck sind der IBC und der zugehörige Rahmen mit einer Befestigungsstruktur 168 versehen,
an welche die Überwachungseinheit M
auf lösliche
Weise befestigt werden kann.
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Die
Einheit M umfaßt
eine Platte 70, in der das Fenster 166 vorgesehen
ist, die eine Anzahl von löslichen
Befestigungsvorrichtungen 172 in Form von Schraubenbolzen
trägt,
die an Handgriffen 174 gedreht werden können und dazu bestimmt sind,
in Öffnungen
in der Befestigungsstruktur 168 zu passen, um mit unverlierbaren
Muttern 175 im Eingriff zu stehen. Eine Kante 176 der
Platte 170 formt eine Lippe, die in einen Paßkanal eingeführt wird,
der zwischen der Befestigungsstruktur 168 und einem gefalzten Element 178 definiert
ist, das an der Befestigungsstruktur befestigt ist. Die Einheit
M wird in die Befestigungsstruktur 168 eingebaut, indem
die Lippe 176 zuerst in den Kanal eingeführt wird
und die Einheit M bei Bedarf so ausgerichtet wird daß die Befestigungsvorrichtungen 172 mit
den Öffnungen
und Muttern 175 in Lagegenauigkeit sind. Die Befestigungsvorrichtungen
werden dann betätigt,
um die Einheit M zur Drehung mit dem IBC und seinem zugehörigen Rahmen
festzuklemmen.
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11 und 12 veranschaulichen
typische Abtastungen, die von der Überwachungseinheit M während des
Betriebs abgeleitet wurden. 11 zeigt
die Zeitachse in umgekehrter Richtung, wobei die jüngeren Aufzeichnungen
im Vordergrund gezeigt werden. Die Aufzeichnungen T1 sind Abtastprofile, die
ein bestimmtes Kriterium erfüllen
und als repräsentativ
für den
Mischungszustand gelten, während die
Aufzeichnungen T2 Abtastprofile sind, die dem freien Raum entsprechen.
In der Praxis kann die Überwachungseinheit
M andere Profile (nicht gezeigt) verarbeiten, die nicht übereinstimmen,
zwischen den zwei Aufzeichnungsgruppen T1 und T2 liegen, aber Ansichten
von freiem Raum und Komponenten des Gemischs sind und daher zusammen
mit den Aufzeichnungen T2 verworfen werden. Aus 11 ist
zu ersehen, daß die
Aufzeichnungen T2 sich allmählich
einem statischen, sich im wesentlichen nicht verändernden Profil annähern, das
anzeigen kann, daß das
Gemisch einen gewissen Mischungszustand erreicht hat, z. B. einen
homogenen Endpunkt. Zur Bestimmung der Näherung kann auf einen spezifischen
Abschnitt oder Abschnitte der spektroskopischen Profile Bezug genommen
werden, z. B. eine oder mehrere Wellenlängen oder Wellenlängenbereiche,
die der Art des gemischten Materials entsprechen. Zum Beispiel können die
Profile auf die Näherung
in einer Wellenlängenregion
oder Regionen hin analysiert werden, die dem Kohlenwasserstoffgehalt
der gemischten Komponenten entsprechen.
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In
der älteren
PCT-Anmeldung Nr. PCT/SE99/01325 wird eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Mischen einer Vielzahl von Materialien offenbart, um ein Gemisch
mit einer benötigten
Homogenität
bereitzustellen. Die Lehren in der PCT-Anmeldung Nr. PCT/SE99/01325
(deren Offenbarung durch diesen Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen
wird) in Bezug auf die Behandlung der Zuführung des gemischten Materials
durch eine Zuführungsleitung
werden hierin durch diesen Verweis aufgenommen und sind zum Beispiel
auf die Behandlung der gemischten Komponenten nach dem Austritt aus
dem Mischkessel anwendbar.
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PCT/SE99/01325
beschreibt auch die Verwendung von Meßgeräten zur Online-Messung, an mindestens
einem Punkt in einer Zuführungsleitung, der
Zusammensetzung des durch die Zuführungsleitung laufenden Gemischs.
Nach einem anderem Aspekt der vorliegenden Erfindung können die
Vorrichtung und das Verfahren, die in der PCT-Anmeldung Nr. PCT/SE99/01325
offenbart werden, durch Verwendung von Meßgeräten in Form von Überwachungsmitteln
modifiziert werden, wie sie hierin offenbart werden. Daher können die
Meßgeräte alle
in Form einer Überwachungseinheit
vorliegen, die eine oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen, die
nicht erschöpfend
sind:
abnehmbare Befestigung als eine Einheit (die eigenbetrieben
und/oder in sich geschlossen und/oder tragbar sein kann) an der
Zuführungsleitung;
die
Kommunikation mit signalverwendenden Mitteln, die die Materialzuführung steuern
und/oder Datenerfassungsmitteln kann durch eine Sender/Empfänger-Anordnung
erfolgen, die radiative Übertragung wie
z. B. Hochfrequenzsignale verwendet;
Erzeugung der Abtaststrahlung
mit Hilfe einer OATF, wie hierin beschrieben; Sammeln und Speichern
von Daten innerhalb der Überwachungsmittel,
bevorzugt mit Hilfe eines Festkörperspeichergeräts;
Vergleich
der an jeder Stelle erhaltenen Abtastprofile mit einem Sollprofil,
das lokal in der Überwachungseinheit
gespeichert ist, z. B. mit Hilfe des Festkörperspeichergeräts; und
Andockbar(keit) mit Datenerfassungs- und/oder Analysemitteln, um
die Übertragung der
vom Überwachungsmittel
gesammelten Daten an die Datenerfassungs- und/oder Analysemittel
zu erlauben.