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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Dosiervorrichtung für ein Medium nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Vorrichtungen oder Verfahren zum Ausbringen bestimmter Mengen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität sind bereits in vielfältiger Form und Ausgestaltung bekannt und gebräuchlich. So wird beispielsweise in der
EP 29 980 29 A1 ein Verfahren zum automatisierten Auftragen eines viskosen Mediums auf Bauteile und eine Dosiervorrichtung zur Durchführung des Verfahrens offenbart.
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Weiterhin und ebenfalls beispielsweise ist auch aus der
DE 10 2014 101 561 A1 eine Dosiervorrichtung bekannt, die es erlaubt flüssige und/oder feste Stoffe in einem vorgegebenen Verhältnis zusammenführen zu können.
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Aufgabe der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden. Es soll eine automatische Dosiervorrichtung bereitgestellt werden, die es ermöglicht, viskose Medien, insbesondere hoch viskose Medien, wie beispielsweise Lacke oder Kleber exakt zu bemessen und entsprechend dosiert auf ein Substrat, beispielsweise einen Wafer auszubringen.
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Lösung der Aufgabe
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Zur Lösung der Aufgabe führen die Merkmale nach dem Anspruch 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Um eine Dosierung insbesondere eines viskosen Mediums, wie beispielsweise einen Lack oder einen Kleber, zuverlässig vorzunehmen; dies ist vor allem bei der Rotationsbeschichtung von Wafern, beispielsweise bei der Herstellung von Solarpanels, ist die vorliegende Erfindung vorzüglich geeignet.
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In typischen Ausführungsbeispielen umfasst die Dosiervorrichtung für ein Medium ein Dosiergefäß, eine Waage sowie eine Medienzuführung und eine Medienausgabe. Dabei ist das Dosiergefäß innerhalb einer Druckkammer auf der ebenfalls in der Druckkammer angeordneten Waage angeordnet. Weiterhin greifen die Medienzuführung und die Medienausgabe in die Druckkammer und durch eine Gefäßöffnung kontaktlos in das Dosiergefäß ein. Weiterhin ist eine Gasdruckvorrichtung umfasst, die über eine Gasdruckleitung mit der Druckkammer in Verbindung steht.
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Über eine Steuereinrichtung und ein Bedien- und Anzeigefeld wird vorliegende erfindungsgemässe Dosiervorrichtung bedient. Es ist jedoch auch eine externe Bedienung über einen anderen Rechner mit entsprechender Software möglich. Voraussetzung dafür ist die Verbindung der Steuereinrichtung der Dosiervorrichtung mit einem Netzwerk oder dem Internet. Bedienung bedeutet, dass eine gewünschte Dosierung eines bestimmten Mediums auf einfache Weise ausgewählt werden kann. Weiterhin können dort alle ablaufenden Schritte der Dosiervorrichtung einfach und übersichtlich kontrolliert und die eingehenden Daten überprüft und ggf. korrigierende Maßnahmen ergriffen werden.
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Die Druckkammer der Dosiervorrichtung steht über die Gasdruckleitung, welche über ein Steuerventil verfügt, mit der Gasdruckvorrichtung in Verbindung. Die Druckkammer ist druckdicht, so dass mittels der Gasdruckvorrichtung, durch Absaugen oder Einpressen von Gas oder einem Gasgemisch, wie beispielsweise Stickstoff oder Pressluft, ein Über- oder Unterdruck in der Druckkammer erzeugt werden kann.
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Die Druckkammer umfasst auf einem Kammerboden die Waage, welche mit der Steuereinrichtung in Verbindung steht. Die Waage wiegt das auf ihr ruhende Dosiergefäß, jeweils in einem befüllten und in einem unbefüllten Zustand. Die Messwerte werden an die Steuereinrichtung übermittelt. Je nach zu dosierendem Medium kann über den Gewichtsvergleich des mehrfach gewogenen Dosiergefäßes die Füllmenge bzw. der Füllstand festgestellt und überprüft werden. Dieser Füllstand wird dann mit der eingegebenen Wunschdosierung von der Steuereinrichtung abgeglichen, wobei ein gewisser dosierbedingter Verlust an dem Medium automatisch von der Steuereinrichtung einkalkuliert bzw. berechnet wird.
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Die Ausformung sowie das Material, aus der die Druckkammer und die sich darin befindliche Waage sowie das Dosiergefäß bestehen, können variieren, solange die vorgesehenen Merkmale und Fähigkeiten erfüllt und nicht eingeschränkt werden. So können die Druckkammer und/oder das Dosiergefäß beispielsweise aus einem Kunststoff, aus Glas oder einem Metall bzw. einer Metalllegierung bestehen. Weiter können einzelne Bereiche der Druckkammer oder des Dosiergefäßes auch aus einem transparenten Material oder einer transparenten Materialmischung bestehen.
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Eine Medienquelle kann entweder mit mehreren unterschiedlichen oder einem einzigen Medium, wie beispielsweise einem Lack oder einem Klebstoff, beladen werden. Daher erfolgt vor der Dosierung bei mehreren vorhandenen Medien in der Medienquelle eine Auswahl, die über die Steuereirichtung vorgenommen wird. Dies bringt zudem den Vorteil mit sich, dass ggf. auch mehrere Medien im Dosiergefäß der Dosiereinrichtung zusammengeführt werden können, bevor sie dosiert ausgegeben werden.
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Die Medienquelle steht über eine Medienzuführung mit dem Dosiergefäß, welches sich auf der Waage in der Druckkammer befindet, in Verbindung. Die Medienführung ist eine Rohrleitung, die über ein Steuerventil und einen Sensor verfügt. Der Sensor kann das Vorhandensein sowie die Abwesenheit eines Mediums in der Medienzuführung erfassen. Zudem ist die Ermittlung der Fließgeschwindigkeit des Mediums in der Medienzuführung möglich. Die erfassten Messwerte werden über ein Kabel an die Steuereinrichtung übertragen. Auf diese Weise kann leicht kontrolliert werden, ob kontinuierlich Medium zur Verfügung steht und ob ggf. Medium in die Medienquelle nachgeladen werden muss. Das Steuerventil der Medienzuführung steht ebenfalls mit der Steuereinrichtung über ein Kabel in Verbindung und kann stufenlos geöffnet oder geschlossen werden. Die Medienzuführung reicht mit einer Ausgabe über eine Gefäßöffnung bis zu einem Gefäßboden des Dosiergefäßes. Der Übergang der Medienzuführung in die druckdichte Druckkammer wird von einer Abdichtung abgedichtet.
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Auch die Medienausgabe greift in das Dosiergefäß ein. Die Medienausgabe ist ebenfalls eine Rohrleitung, welche einerseits mit einer Medienaufnahme über die Gefäßöffnung bis zu dem Gefäßboden des Dosiergefäßes reicht. Andernends der Medienausgabe ist ein Ausgabekopf umfasst, über welchen das Medium, beispielsweise auf den Wafer, ausgegeben wird. Der Übergang der Medienausgabe in die druckdichte Druckkammer wird von einer weiteren Abdichtung abgedichtet. Weiterhin verfügt die Medienausgabe über zwei Steuerventile, welche ebenfalls mit der Steuereinrichtung in Verbindung stehen und stufenlos geöffnet und geschlossen werden können.
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Wurde die gewünschte Dosierung, also eine vorgesehene Menge des zu dosierenden Mediums, ausgewählt, läuft die Dosierung des Mediums wie folgt ab:
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Zunächst wird bezogen auf die zu dosierende Menge des Mediums ein entsprechender Unterdruck in der Druckkammer erzeugt. Dazu saugt die Gasdruckvorrichtung, gesteuert von der Steuereinrichtung, Gas oder ein Gasgemisch bzw. die vorhandene Luft über die Gasdruckleitung bis zu einem bestimmten Grad aus der Druckkammer ab.
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Danach wird das noch unbefüllte Dosiergefäß von der Waage gewogen.
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Ist dies erfolgt, wird das Steuerventil der Medienzuführung geöffnet, so dass das Medium von der Medienquelle in die Druckkammer bzw. in das Dosiergefäß gesogen wird. Über den Grad der Öffnung des Steuerventils, kann neben der Höhe des Unterdrucks in der Druckkammer zudem die Fließgeschwindigkeit des Mediums reguliert werden.
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Der Sensor misst die Fließgeschwindigkeit und erkennt, wenn zu wenig oder ggf. kein Medium mehr nachströmt.
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Die Waage erfasst und übermittelt weitere Kontrollmessungen zu dem Gewicht des sich füllenden Dosiergefäßes an die Steuereinrichtung, welche ggf. weitere Steuerbefehle an die Gasdruckvorrichtung oder das Steuerventil der Medienzuführung erteilt, so dass die gewünschte Menge des Medium in das Dosiergefäß gesogen wird.
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Wurde die gewünschte Dosiermenge des Medium in das Dosiergefäß gesogen, wird das Steuerventil der Medienzuführung, welches über ein Kabel mit der Steuervorrichtung verbunden ist, vollständig geschlossen.
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Ist dies erfolgt, wird durch die Gasdruckvorrichtung durch Einpressen von Gas oder einem Gasgemisch, wie beispielsweise Stickstoff oder Pressluft, der Druck in der Druckkammer erhöht. Ist ein zuvor bestimmter Druck in der Druckkammer erreicht worden, werden die beiden Steuerventile der Medienausgabe geöffnet, so dass das Medium aus dem Dosiergefäß über die Medienaufnahme der Medienausgabe und einen Ausgabekopf auf vorzugsweise den Wafer abgegeben wird. Über Wiegedaten der Waage wird festgestellt, wann das Medium vollständig abgegeben wurde.
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Ein Drucksensor innerhalb der Druckammer, welcher ebenfalls mit der Steuereinrichtung verbunden ist, dient zur Messung und Überprüfung des Drucks in der Druckkammer. Die dort erfassten Druckwerte werden ständig an die Steuereinrichtung weitergeleitet und auf dem Bedien- und Anzeigefeld angeführt.
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Figurenbeschreibung
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in ihrer einzigen Figur eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung.
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Ausführungsbeispiel
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In 1 ist eine Dosiervorrichtung 1 schematisch dargestellt. Zentraler Bestandteil der Dosiervorrichtung 1 ist eine Druckkammer 3. Diese Druckkammer 3 ist hier einseitig durchsichtig dargestellt, so dass in die Druckkammer 3 hineingesehen werden kann. Die Druckkammer 3 kann aus Metall, Kunststoff, Glas oder einer Mischung dieser Materialien bestehen. Die Ausformung der Druckkammer 3 kann dabei natürlich variieren und ist nicht an die stark vereinfachte schematische Darstellung in 1 gebunden. Dies gilt auch für alle nachfolgend dargestellten und beschriebenen Bestandteile der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 1. Wesentliche Eigenschaft der Druckkammer 3 ist, dass sie druckdicht ist, was bedeutet, dass in ihr sowohl ein Unterdruck als auch ein Überdruck aufgebaut werden kann.
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Auf einem Kammerboden 18 der Druckkammer 3 ist eine Waage 4 angeordnet. Diese Waage 4 ist über ein Kabel 11.3 mit einer Steuereinrichtung 6 verbunden. Auf dieser Waage 4 befindet sich ein in etwa zylinderförmiges Dosiergefäß 5, welches einen Gefäßboden 19 und eine dem Gefäßboden 19 gegenüberliegende Gefäßöffnung 17 aufweist. Das Dosiergefäß 5 kann ebenfalls aus unterschiedlichen Materialien, beispielsweise aus Metall, Glas oder einem Kunststoff bestehen und unterschiedlich ausgeformt sein, beispielsweise zylinderförmig wie oben bereits erwähnt oder rechteckig oder dergleichen. Unwesentlich ist, ob das Dosiergefäß 5 durchsichtig ist, wie es in 1 aus darstellungstechnischen Gründen abgebildet wurde.
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Die Dosiervorrichtung 1 ist in einer Situation dargestellt, in der das Dosiergefäß 5 mit einem Medium 16 teilweise gefüllt ist.
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In die Druckkammer 3 führt druckdicht eine Medienzuführung 13. Druckdicht bedeutet, dass an dem Punkt, an dem die Medienzuführung 13 in die Druckkammer 3 eingreift, eine Abdichtung 28.1 angeordnet ist, welche verhindert, dass hier ungewollt Luft oder Gas einströmen oder entweichen kann. Die Medienzuführung 13 entspricht in ihrer Ausformung einer Rohrleitung, welche einends mit einer Medienquelle 2, ebenfalls druckdicht über eine Abdichtung 28.4 in Verbindung steht und andernends in der Druckkammer 3 durch die Gefäßöffnung 17 in ein Inneres des Dosiergefäßes 5 führt, um dort an dem Gefäßboden 19 in einer Ausgabe 24 zu münden.
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Die Medienzuführung 13 verfügt zudem über einen Sensor 7 und ein Steuerventil 10.2. Mittels des Sensors 7 wird das Vorhandensein oder die Abwesenheit des Mediums 16 in der Medienzuführung 13 kontrolliert. Über das Steuerventil 10.2 kann die Durchgängigkeit und/ die Durchflussgeschwindigkeit der Medienzuführung 13 geregelt werden. Der Pfeil 21 verdeutlicht die vorgesehene Fließrichtung des Mediums 16 in der Medienzuführung 13 von der Medienquelle 2 zu dem Dosiergefäß 5. Sowohl des Steuerventil 10.2 als auch der Sensor 7 sind über ein Kabel 11.1 mit der Steuereinrichtung 6 verbunden.
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Eine Medienausgabe 14 führt ebenfalls druckdicht, d.h. durch eine Abdichtung 28.2 abgedichtet, aus der Druckkammer 3. Die Medienausgabe 14 entspricht in ihrer Ausformung ebenfalls einer Rohrleitung. Eine Medienaufnahme 20 der Medienausgabe 14 ist im Inneren des Dosiergefäßes 5 an dem Gefäßboden 19 positioniert und führt durch die Gefäßöffnung 17 des Dosiergefäßes 5 und anschließend durch die Abdichtung 28.2 der Druckkammer 3 nach außen, d.h. die Medienausgabe 14 befindet sich dann außerhalb der Druckkammer 3. Außerhalb der Druckkammer 3 mündet die Medienausgabe 14 in einem Ausgabekopf 15 an zentraler bzw. mittiger Position wenige Zentimeter oberhalb eines Wafers 9.
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Zudem sind zwei Steuerventile 10.3 und 10.4 außerhalb der Druckkammer 3 an der Medienausgabe 14 umfasst, welche über ein Kabel 11.2 mit der Steuereinheit 6 in Verbindung stehen und von dort aus gesteuert werden können. Ein Pfeil 22 verdeutlicht die vorgesehene Fließrichtung des Mediums 16 in der Medienausgabe 14 und zwar von der Medienaufnahme 20 bis hin zu dem Ausgabekopf 15.
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Weiterhin ist eine Gasdruckvorrichtung 8 ersichtlich, welche über ein Kabel 11.4 mit der Steuereinrichtung 6 in Verbindung steht. Die Gasdruckvorrichtung 8 steht zudem mit der Druckkammer 3 über eine Gasdruckleitung 12 in Verbindung. Auch hier ist eine Abdichtung 28.3 an dem Punkt des Überganges der Gasdruckleitung 12 in die Druckkammer 3 angeordnet.
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Über diese Gasdruckleitung 12, welche ebenfalls über ein mit der Steuereinrichtung 6 verbundenes Steuerventil 10.1 verfügt, ist es vorgesehen, den Druck in der Druckkammer 3 zu regulieren. Dies erfolgt dadurch, dass je nach Verfahrensschritt, entweder ein Überdruck oder ein Unterdruck in der Druckkammer 3 erzeugt wird. Dabei presst die Gasdruckvorrichtung 8 über die Gasdruckleitung 12 ein Gas oder ein Gasgemisch in die Druckkammer 3 oder saugt ein in der Druckkammer 3 vorkommendes Gas oder Gasgemisch entsprechend ab. Dazu sind an der Gasdruckvorrichtung 8 sowohl eine Gaszuführung 25 und eine Gasabführung 26 umfasst. Ein Gas oder ein Gasgemisch kann zum Beispiel Stickstoff oder auch normale Pressluft sein. Der Doppelpfeil 23 symbolisiert diesbezüglich, dass eine Fließrichtung des Gases oder des Gasgemisches abwechselnd sowohl in die eine Richtung, also zu der Druckkammer 3 hin, als auch in die andere, also in Richtung der Gasdruckvorrichtung 8, vorgesehen ist. Ein Drucksensor 29, welcher ebenfalls mit der Steuereinrichtung verbunden ist, dient zur Messung und Überprüfung des Drucks in der Druckkammer 3. In vorliegendem Ausführungsbeispiel ist der Drucksensor 29 in die Waage 4 integriert, dies ist jedoch nicht zwingend notwendig und kann auch anders gelöst werden.
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Die Steuerung und Bedienung der Dosiervorrichtung 1 erfolgt mittels der Steuereinrichtung 6. Die Steuereinrichtung 6 verfügt über eine entsprechende rechnerbasierte Steuerungs- und Bediensoftware. Diese Steuerungs- und Bediensoftware ermöglicht es, die von einem Benutzer vorgegebene Bedienung in Form entsprechender Signale an die einzelnen Komponenten und Bestandteile der Dosiervorrichtung 1 zu übermitteln. Für eine anwendungsfreundliche Bedienung ist ein Bedien- und Anzeigefeld 27 an der Steuereinrichtung 6 umfasst. Natürlich kann die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung 1 auch online oder über ein Netzwerk bedient werden. Entsprechende Anschlussvorrichtungen sind in der Steuereinrichtung 6 umfasst.
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Bezugnehmend auf die Figur erklärt sich die Funktionsweise der erfindungsgemässen Dosiervorrichtung 1 folgendermassen:
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Zunächst wird eine gewünschte Dosierung das Medium 16 zum Aufbringen auf den Wafer 9 an dem Bedien- und Anzeigefeld 27 der Steuereinrichtung 6 oder einem externen Rechner ausgewählt bzw. bestimmt.
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Auf Grundlage des Dosierwunsches wird dann durch die Gasdruckvorrichtung 8 ein der gewünschten Dosierung des Mediums 16 entsprechender Unterdruck in der Druckkammer 3 erzeugt. Dies erfolgt durch entsprechendes Absaugen des in der Druckkammer 7 vorhandenen Gases. Eine Kontrolle des Drucks in der Druckkammer 3 erfolgt über den Drucksensor 29.
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Nachdem durch die Gasdruckvorrichtung 8 ein Unterdruck in der Druckkammer 3 erzeugt wurde, der übertragen der gewünschten Dosierung des Mediums 16 entspricht, wiegt die Waage 4 das auf ihr ruhende Dosiergefäß 5 in einem ungefüllten Zustand.
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Darauf folgend wird durch die Steuervorrichtung 6 das Steuerventil 10.2 der Medienzuführung 13 von einer geschlossenen Stellpositionen in eine geöffnete Stellposition gebracht. Dies führt dazu, dass das Medium 16, bedingt durch den nun wirksam gewordenen Unterdruck in der Druckkammer 3 in das Dosiergefäß 5 in der Druckkammer 3 gesogen wird.
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Dabei wird durch den Sensor 7, welcher an der Medienzuführung 13 angeordnet ist, erfasst, ob das Medium 16 tatsächlich von der Medienquelle 2 zum Dosiergefäß 5 gesogen wird. Der Sensor 7 gibt diesbezüglich ständig Rückmeldung an die Steuereinrichtung 6, wobei auch die Fließgeschwindigkeit des Mediums 16 erfasst werden kann.
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Bedingt durch den Unterdruck in der Druckkammer 3 strömt dann das Medium 16 aus der Medienquelle 2 über die Medienzuführung 13 in das Dosiergefäß 5.Dann wird das Steuerventil 10.2 der Medienzuführung 13 geschlossen und die Waage 4 wiegt erneut das Dosiergefäß 5, welches nun mit dem Medium 16 befüllt ist.
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Danach wird der durch die Waage 4 gewogene Wert mit dem Wert der Druckdosierung der Gasdruckvorrichtung 8 durch die Steuervorrichtung 6 abgeglichen, damit sichergestellt werden kann, dass die richtige Menge des Mediums 16 in das Dosiergefäß 5 gefüllt wurde.
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Um dann das Medium 16 auf dem Wafer 9 ausbringen zu können, wird in der Druckkammer 3 mittels der Gasdruckvorrichtung 8 ein Überdruck aufgebaut. Danach werden die Steuerventile 10.3 und 10.4 der Medienausgabe 14 geöffnet, so dass das Medium 16 aus dem Dosiergefäß 5 gesogen und über die Medienausgabe 14 und einen Ausgabekopf 15 auf den Wafer 9 gedrückt werden kann.
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Schließlich wird durch erneutes Wiegen des Dosiergefäßes 5 durch die Waage 4 erfasst, ob das Dosiergefäß 5 vollständig entleert wurde. Dabei werden die Wiegedaten mit den Werten der Druckdosierung der Gasdruckvorrichtung 8 durch die Steuervorrichtung 6 erneut abgeglichen.
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Danach kann ein weiterer Dosiervorgang erfolgen.
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Obwohl nur ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben und dargestellt wurde, ist es offensichtlich, dass der Fachmann zahlreiche Modifikationen hinzufügen kann, ohne Wesen und Umfang der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Dosiervorrichtung
- 2
- Medienquelle
- 3
- Druckkammer
- 4
- Waage
- 5
- Dosiergefäß
- 6
- Steuereinrichtung
- 7
- Sensor
- 8
- Gasdruckvorrichtung
- 9
- Wafer
- 10
- Steuerventil
- 11
- Kabel
- 12
- Gasdruckleitung
- 13
- Medienzuführung
- 14
- Medienausgabe
- 15
- Ausgabekopf
- 16
- Medium
- 17
- Gefäßöffnung
- 18
- Kammerboden
- 19
- Gefäßboden
- 20
- Medienaufnahme
- 21
- Pfeil
- 22
- Pfeil
- 23
- Doppelpfeil
- 24
- Ausgabe
- 25
- Gaszuführung
- 26
- Gasabführung
- 27
- Bedien- u. Anzeigefeld
- 28
- Abdichtung
- 29
- Drucksensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2998029 A1 [0002]
- DE 102014101561 A1 [0003]
