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Hintergrund
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Hochpräzisionspumpenanordnung
und genauer auf eine Pumpensteuerung zur genauen Steuerung der von
der Hochpräzisionspumpenanordnung
verteilten Flüssigkeitsmenge.
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Es
gibt viele Anwendungsfälle,
in denen eine präzise
Steuerung der Menge und/oder der Geschwindigkeit, mit der eine Flüssigkeit
verteilt wird, durch eine Pumpenanordnung notwendig ist. Bei der Halbleiterherstellung
zum Beispiel ist es wichtig, die Menge und die Geschwindigkeit,
mit der Photochemikalien wie Photoresist auf ein Halbleiterplättchen aufgetragen
und zu Halbleitern verarbeitet werden, genauestens zu steuern. Die
während
der Halbleiterverarbeitung auf das Mikroplättchen aufgebrachte Schicht
erfordert typischerweise über
die Oberfläche des
Plättchens
eine Flachheit, die in Angstrom gemessen wird. Viele Halbleiterherstellungsprozesse weisen
heutzutage Anforderung von weniger als 30 Angstrom auf. Die Geschwindigkeit,
mit der die Prozesschemikalien wie etwa Photoresist auf das Mikroplättchen aufgetragen
und durch Zentrifugalkräfte
zu den Kanten der Plättchen
geschleudert werden, muss gesteuert werden, um zu gewährleisten,
dass die Prozessflüssigkeit
einheitlich aufgebracht wird. Es ist außerdem wichtig, die Geschwindigkeit
und das Volumen zu steuern, mit der die Photoresistchemikalien auf
das Plättchen aufgetragen
werden, um eine unnötige
Verschmutzung und den Verbrauch zu reduzieren. Viele heutzutage
in der Halbleiterindustrie verwendete Photochemikalien sind nicht
nur giftig, sondern auch mit Kosten von oftmals über $ 1000 pro Liter sehr teuer.
Daher ist es wegen der Chemikalienkosten sowie der Schwierigkeiten
in der Handhabung giftiger Materialien notwendig sicherzustellen,
dass genügend
Photoresist auf das Plättchen
aufgebracht wird, um die Herstellungsanforderungen zu erfüllen, währenddessen
ein unangemessen hoher Verbrauch und eine Verschmutzung minimiert
werden muß.
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Eine
weitere wichtige Anforderung in der Halbleiterherstellung ist die
Möglichkeit,
reproduzierbar eine genauestens kontrollierte Menge einer Prozesschemikalie
abzugeben, da Variationen in der Chemikalienmenge die Beschaffenheit
von Plättchen zu
Plättchen
beeinträchtigt.
In der Vergangenheit mussten viele Pumpen wegen der nicht zu gewährleistenden
Wiederholbarkeit und der Unfähigkeit,
die abzugebend Chemikalienmenge genau zu steuern, 50% bis 100% mehr
Flüssigkeit
als benötigt
abgeben, um eine für
die Herstellungsanforderungen ausreichende Menge zuzuleiten. Daraus
resultierten Verschmutzungen und erhöhte Herstellungskosten.
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Herkömmliche
Pumpenanordnungen, wie zum Beispiel aus der US-A-5, 599,394 bekannt,
können
genaue Mengen typischer Flüssigkeiten
abgeben. Wie auch immer können
diese herkömmlichen Pumpen
keine Flüssigkeiten
mit geringer Viskosität und
geringe Geschwindigkeiten genau abgeben und die herkömmlichen
Pumpenanordnungen werden entweder eine Doppelabgabe oder eine stotternde Abgabe
der Flüssigkeit
mit geringer Viskosität
verursachen. Genauer gesagt kann am Anfang des Abgabezyklus vor
der kontrollierten Abgabe einer Flüssigkeit eine kleine Menge
der Flüssigkeit
mit geringer Viskosität,
zum Beispiel mehrere Mikroliter, ungewünscht auf die Plättchenoberfläche abgeben
werden und eine ungenau abgegebene Flüssigkeitsmenge ergeben. Die
Probleme der Doppelabgabe und der stotternden Abgabe dieser Flüssigkeiten
mit geringer Viskosität
und geringer Fliessgeschwindigkeit werden von einer Vielzahl von
in den herkömmlichen Pumpenanordnungen
gegenwärtigen
Faktoren verursacht. Zum Beispiel kann in der Zuteilkammer der Pumpenanordnung
wegen des Verschließens
eines Sperrventils vor der Abgabe ein Druck aufgebaut werden, der
Flüssigkeitsteile
in die Zuteilkammer drückt
und einen Druck in der Zuteilkammer aufbaut. Die zusätzliche
Flüssigkeit
und ebenso der zusätzliche
Druck in der Zuteilkammer können
dazu führen, dass
die geringe Menge an Flüssigkeit
auf die Oberfläche
des Plättchens
am Anfang des Abgabezyklus abgeben wird. Zusätzlich können die Abstimmung des Steuerventilbetriebs
und der Abgabesystemtriebkraft sowie die Leitungslänge, der
Leitungsdurchmesser und die Stutzengröße zu dem Problem der doppelten
oder stotternden Abgabe von Flüssigkeiten
mit geringer Viskosität
und geringer Abgabegeschwindigkeit beitragen.
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Es
ist wünschenswert
eine Pumpenanordnung zur Chemikalienverteilung für ein geringes Volumen und
eine geringe Flussrate bereit zu stellen, die fähig ist, die Geschwindigkeit
und das Volumen von durch die Pumpenanordnung geförderte Chemikalien
mit geringer Viskosität
präzise
und wiederholt zu steuern. Darauf ist die vorliegende Erfindung
gerichtet.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Grundlegende
Merkmale der vorliegenden Erfindung werden in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochpräzisionsdosier pumpenanordnung
und ein Verfahren für
geringe Abgabegeschwindigkeit, die ein genaues und wiederholtes
Steuern der Abgabegeschwindigkeit und des Volumens von Flüssigkeiten mit
geringer Viskosität
ermöglicht
und die die vorerwähnten
und andere Nachteile herkömmlicher
Pumpenanordnungen und Verfahren überwindet.
Die Pumpenanordnung steuert die genaue Abgabemenge und/oder die
Geschwindigkeit der Flüssigkeiten mit
geringer Viskosität
durch präzises
Steuern des Betriebs mehrerer verschiedener Teile der Pumpenanordnung
während
des Abgabezyklusses. Insbesondere kann eine Pumpensteuerung genau
die Abstimmung der Steuerventile untereinander, die Bewegung des
Zuteilungsmotors und die Abstimmung der Steuerventile in Hinblick
auf die Bewegung der Zuleitungsmotoren steuern. Die Pumpensteuerung
gemäß der Erfindung
steuert eine Pumpenanordnung präzise,
um die Probleme mit herkömmlichen
Pumpenanordnungen in Hinblick auf die Doppelabgabe oder eine stotternde
Abgabe zu verhindern.
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Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine Pumpenanordnung mit einer Pumpensteuerung
gemäß der Erfindung
darstellt;
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine zweistufige Pumpenanordnung zeigt;
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3 ist
ein Zeitdiagramm, das die herkömmliche
Flüssigkeitsverteilungssequenz
darstellt;
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4 ist
ein Zeitdiagramm, das eine Flüssigkeitsverteilungssequenz
gemäß der Erfindung
zeigt; und
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5 ist
ein Flusstabelle, die ein Verfahren zur Steuerung einer Pumpenanordnung
zur Verteilung von Flüssigkeiten
geringer Viskosität
gemäß der Erfindung
darstellt.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausgestaltung
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Die
Erfindung ist insbesondere auf eine Pumpenanwendung anwendbar, die
genaue Mengen an Flüssigkeiten
mit geringer Viskosität
präzise
verteilt. In diesem Zusammenhang wird die Erfindung beschrieben.
Es ist wie auch immer erkennbar, dass die Anordnung und das Verfahren
nach der vorliegenden Erfindung einen größeren Nutzen aufweist, wie
etwa die genaue Verteilung präziser
Mengen an Flüssigkeiten,
die keine Flüssigkeiten
mit geringer Viskosität
sein müssen.
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1 zeigt
ein Blockdiagramm, das eine Pumpenanordnung (10) mit einer
Pumpensteuerung gemäß der Erfindung
aufweist. Die Pumpenanordnung (10) kann eine zweistufige
Pumpe (12), einen Flüssigkeitstank
(14) und einen Computer (16) beinhalten, die zusammenarbeiten,
um eine genaue Menge an Flüssigkeit
auf ein Plättchen
(18) abzugeben. Zum Zwecke der näheren Veranschaulichung kann
eine Flüssigkeit
mit geringer Viskosität,
die eine Viskosität
von weniger als 5 Centipoire (cPs) aufweisen kann, bei einer geringen
Fliessgeschwindigkeit von ungefähr
0.5 Millimeter pro Sekunde abgegeben werden. Die Erfindung ist allerdings
nicht auf die Abgabe von Flüssigkeiten
mit geringer Viskosität
oder Flüssigkeiten
mit geringen Fliessgeschwindigkeiten begrenzt. Die Pumpe (12)
ist eine zweistufige Pumpe, da das Verteilen der Flüssigkeit
eine erste Einspeisung und eine Filtrationsstufe und dann eine zweite
getrennte Zuteilungsstufe aufweist, wie nachfolgend be schrieben
wird, so dass sich die Zuteilungsleistung über die Lebenszeit des Filters
nicht verändert.
Der Betrieb der verschiedenen Teile der Pumpe (12) können über eine
Softwareanwendung (20) gesteuert werden, zum Beispiel über ein
Teil eines Softwarekodes enthaltenden, auf einem Computer (16)
speicherbaren Computerprogramm, dass von einem Prozessor (nicht
dargestellt) in dem Computer ausgeführt werden kann. Der Betrieb
der Pumpe kann ebenfalls über
eine Softwareanwendung oder Teile eines Softwarekodes erfolgen,
die von einem in der Pumpe liegenden Prozessor ausgeführt werden.
Die Lage des die Steuerbefehle des Pumpenbetriebs ausführenden
Prozessors ist für
die Erfindung nicht von Belang.
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Die
Softwareanwendung (20) kann zum Beispiel das Öffnen und
Schließen
der verschiedenen Steuerventile in der Pumpe und die Bewegung der Motoren
oder Aktuatoren, die die Pumpe antreiben, um eine genaue Flüssigkeitsmenge
auf das Plättchen
(18) zu verteilen, steuern. Das von der Softwareanwendung
zur Steuerung der Pumpe (12) verwendete Verfahren zur Verteilung
von Flüssigkeiten mit
geringer Viskosität
und Fliessgeschwindigkeit gemäß der Erfindung
wird nachfolgend mit Bezug auf 5 beschrieben.
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Um
sich mit Flüssigkeit
zu befüllen,
muss die Pumpe (12) Flüssigkeit
von einem Flüssigkeitsreservoir
in eine Einfüllkammer
saugen, wie nachfolgend beschrieben wird. Die Flüssigkeit kann dann durch einen
Filter gefiltert und wie nachfolgend beschrieben wird in eine getrennte
Zuteilkammer geleitet werden. Von der Zuteilkammer kann die Flüssigkeit
durch einen Filter (22) sogar bei Flüssigkeiten mit geringer Viskosität und Fliessgeschwindigkeit
in genauen Mengen auf das Plättchen
(18) verteilt werden. Die tatsächlichen Zyklen der Pumpe (12)
werden nachfolgend mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. Nachfolgend
werden Einzelheiten der zweistufigen Pumpe des besseren Verständnisses
wegen erläutert.
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2 ist
ein Blockdiagramm, dass weiterreichende Details der Verwendung der
zweistufigen Pumpe (12) offenbart. Insbesondere kann die
zweistufige Pumpe 12) eine Einfüll- und Filterstufe (30) und
eine Zuteilungsstufe (32) beinhalten. Die Einfüll- und
Filterstufe (30) kann eine Einfüllkammer (34) aufweisen,
die Flüssigkeit
durch ein offenes Einlassventil (36) von einem Flüssigkeitsvorratsreservoir
beziehen kann, sofern mehr Flüssigkeit
gefordert sein sollte. Während
der Zuteilungsstufe wird das Einlassventil (36) geschlossen.
Um den Eintritt in und aus der Einfüllkammer zu steuern, kontrolliert
ein Einlassventil (38), ob ein Vakuum, ein positiver Einfülldruck oder
der atmosphärische
Druck auf eine Einfüllmembran
(40) in der Einfüllkammer
ausgeübt
wird. Um Flüssigkeit
in die Einfüllkammer
zu saugen, wird ein Vakuum auf die Membran (40) gebracht,
so dass die Membran gegen eine Wand der Einfüllkammer gezogen wird und Flüssigkeit
in die Einfüllkammer
saugt. Um die Flüssigkeit
aus der Einfüllkammer
zu drücken,
kann ein Einfülldruck
auf die Membran ausgeübt
werden. Um ungewollte Luftbläschen
zu entfernen, kann ein Entlüftungsventil
geöffnet
werden.
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Sobald
die Einfüllkammer
(34) mit Flüssigkeit
befüllt
ist, wird das Einlassventil (36) geschlossen und das Isolationsventil
(44) und Sperrventil (50) geöffnet, um es der Flüssigkeit
zu ermöglichen,
durch einen Filter (46) in die Zuteilungsstufe (32)
zu fließen. Sobald
die Flüssigkeit
in der Zuteilungsstufe (32) ist, können das Isolationsventil (44)
und Sperrventil (50) geschlossen werden, um die Einfüll- und
Filterstufe von der Zuteilungsstufe zu isolieren. Um ungewollte Luft
aus dem System zu entfernen oder um den Überdruck zu vermindern, kann
der Filter (48) ein Entlüftungsventil (48)
beinhalten. Während
die Flüssigkeit
durch den Filter (46) gedrückt wird, werden ungewollte
Unreinheiten und dergleichen aus der Flüssigkeit entfernt. Die Flüssigkeit
fließt
in die zweite Zuteilungsstufe der Pumpe, dann durch ein Sperr ventil
(50) in eine Zuteilkammer (52), wonach die Pumpe
einen Zuteilungszyklus beginnt, wie er nachfolgend beschrieben wird.
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Im
Zuteilungszyklus wird ein Säuberungsventil
(54) geöffnet,
sobald die Zuteilkammer mit Flüssigkeit
gefüllt
und das Sperrventil (50) geschlossen ist. Danach wird die
Flüssigkeit
in der Zuteilkammer (52) durch eine Zuteilmembran (56)
gedrückt, um
Bläschen
in der sich in der Zuteilkammer (52) befindlichen Flüssigkeit
zu eliminieren. Um die Zuteilmembran (56) zu drücken oder
zu ziehen, kann die Zuteilmembran zwischen der Zuteilkammer und
einer hydraulischen mit Hydraulikflüssigkeit befüllten Flüssigkeitskammer
(58) liegen. Der Hydraulikflüssigkeit kann durch eine Zuteilpumpe
(60) Druck zugeführt oder
abgeführt
werden, die einen Kolben (62), eine Führungsschraube (64)
und einen Schrittmotor (66) beinhalten kann. Um einen Druck
auf die Flüssigkeit in
der Zuteilkammer (52) ausüben zu können, wird der Schrittmotor
eingeschaltet, wodurch die Führungsschraube
zuschaltet und die Hydraulikflüssigkeit
zusammendrückt
wird. Die Hydraulikflüssigkeit drückt daraufhin
die Zuteilmembran in die Zuteilkammer (52), was die Flüssigkeit
in der Zuteilkammer (52) zusammendrückt oder die Flüssigkeit
aus der Zuteilkammer (52) herausdrückt, wenn das Säuberungsventil
(54) oder ein Auslassventil (68) geöffnet sind.
Wenn das Auslassventil (68) geöffnet ist, wird eine genaue
Menge auf das Plättchen
verteilt. Nun wird der typische Prozess zur Flüssigkeitsverteilung beschrieben.
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3 ist
ein Zeitdiagramm, dass die herkömmliche
Steuerungssequenz einer zweistufigen Pumpe des in 2 dargestellten
Typs zur Flüssigkeitsverteilung
zeigt. Wie in der obersten Zeile des Diagramms dargestellt, kann
der Zuteilprozess eine Aufeinanderfolge von Schritten beinhalten,
wie zum Beispiel Schritte einer Bereithaltungsstufe (70),
einer Zuteilstufe (72), Zurücksaugstufe (74),
einer Füllstufe (76), einer
Filterstufe (78), einer Entlüftungsstufe (80),
einer Säuberungsstufe
(82) sowie einer statischen Säuberungsstufe (84).
Die typische Steuerung des Motors und der Ventile für jede dieser
unterschiedlichen Stufen wird nachfolgend zusammen mit dem Ergebnis
einer jeden Stufe erläutert.
Zum Beispiel werden während
der Bereithaltungsstufe die Sperr- und Isolationsventile geöffnet, währenddessen
das Auslassventil geschlossen ist, so dass das System und die Einfüllkammer
auf ein Druckgleichgewicht gebracht werden und Flüssigkeit
zugeteilt werden kann. Bei Beginn der Zuteilstufe schließen die
Isolations- und Sperrventile, das Auslassventil wird geöffnet und
der Motor in der Zuteilpumpe wird gestartet. Wegen der relativen
Inkompressibilität
der zu verteilenden Flüssigkeit
und der Steifheit der Pumpe drückt
das Verschließen
des Sperrventils Flüssigkeit
aus dem sich schließenden
Ventil, was die Flüssigkeit
in der Einfüllkammer
zusammendrückt
und die typische zuvor beschriebene doppelte Zuteilung oder stotternde
Zuteilungsprobleme mit sich bringt, da das Auslassventil offen ist.
Das Schließen
des Sperrventils kann den Druck in der Zuteilkammer um einen vorherbestimmten
Betrag zwischen 2 bis 3 psi anheben. Die Zunahme des realen Druckes
hängt wie
auch immer von den Eigenschaften des verwendeten Sperrventils ab.
Zusätzlich
kann wegen des gleichzeitigen Startens des Motors und des Öffnens des
Auslassventils eine ungleiche Zuteilung der Flüssigkeit (oder gestotterte
Zuteilung) auftreten, da das Öffnen
mehr Zeit in Anspruch nimmt als den Motor zu starten, wodurch Flüssigkeit
vom Motor durch ein noch nicht vollständig geöffnetes Auslassventil gedrückt werden
könnte.
Dies kann ein anfängliches „Klecksen" einer kleinen Flüssigkeitsmenge
zur Folge haben. Während
der Zuteilstufe kann Flüssigkeit auf
das Plättchen
aufgetragen werden.
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Am
Ende der Zuteilstufe und am Anfang der Zurücksaugstufe wird der Motor
angehalten und umgekehrt, oder ein externes Halte/Zurücksaugventil (nicht
darge stellt) wird geöffnet,
um jedwede in der Düse
zurückbleibenden
Flüssigkeitsreste
in die Zuteilkammer zurückzusaugen,
um sicherzustellen, dass keine Aussetzer am Ende der Zuteilung auftreten.
Nachdem die Flüssigkeit
in die Zuteilkammer zurückgesaugt
wurde, wird das Auslassventil geschlossen und der Motor angehalten.
Als nächstes
wird während
der Einfüllstufe
das Einfüllventil
geöffnet und
ein Vakuum auf die Einfüllmembran
angewendet, um Flüssigkeit
aus dem Reservoir in die Einfüllkammer
zu saugen. Zu Beginn der Filterstufe wird das Einfüllventil
geschlossen, das Isolationsventil geöffnet, wobei der Einfüllmotor
einen positiven Druck auf die Flüssigkeit
in der Einfüllkammer
ausübt.
Das Sperrventil wird geöffnet
und der Zuteilungsmotor wird umgekehrt, um Flüssigkeit durch den Filter in
die Zuteilkammer zu drücken.
Sobald die Flüssigkeit
die Einfüllkammer
verlassen hat, kann das Isolationsventil geschlossen werden.
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Am
Anfang der Entlüftungsstufe
wird das Isolationsventil geschlossen. Das Entlüftungsventil wird geöffnet, der
Zuteilungsmotor wird gestoppt, wodurch Druck auf die Einfüllmembran
ausgeübt
wird, um Luftbläschen
vom Filter zu entfernen. Zu Beginn der Säuberungsstufe wird das Isolationsventil
geschlossen. Die Einfüllpumpe übt keinen
Druck oder Vakuum auf die Einfüllkammer
aus. Das Entlüftungsventil
wird geöffnet
und die Zuteilpumpe wird vorwärts
bewegt, um Luftbläschen
aus der Zuteilkammer zu entfernen. Zu Beginn der statischen Säuberungsstufe
wird der Zuteilungsmotor gestoppt. Das Säuberungsventil verbleibt aber
geöffnet,
um das Entfernen von Luft aus der Zuteilkammer fortzuführen. Am
Anfang der Bereitstellungsstufe werden die Isolations- und Sperrventile
geöffnet
und das Säuberungsventil
geschlossen, so dass die Einfüllpumpe
und das System Umgebungsdruck erreichen und die Pumpe zur Flüssigkeitsverteilung
bereit steht.
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Wie
zuvor beschrieben leidet dieser herkömmliche Zuteilprozess unter
doppelter und gestotterter Zuteilung. Insbesondere das Verschliessen
der Sperrventile vor der Zuteilung drückt Flüssigkeit aus dem Ventil, währenddessen
sich dieses verschließt und
sich ein Druck auf die Flüssigkeit
in der Zuteilkammer aufbaut. Dies kann dazu führen, dass eine geringe Menge
Flüssigkeit
ungewollt auf das Plättchen
verteilt wird, da das Auslassventil geöffnet ist. Zusätzlich kann
wegen des gleichzeitigen Startens des Motors und das Öffnen des
Auslassventils eine ungleiche Zuteilung der Flüssigkeit (oder gestotterte Zuteilung)
auftreten, da das Öffnen
mehr Zeit in Anspruch nimmt als den Motor zu starten, wodurch Flüssigkeit
vom Motor durch ein noch nicht vollständig geöffnetes Auslassventil gedrückt werden
könnte.
Ein Zuteilungsverfahren gemäß der Erfindung, das
diese Probleme löst,
wird nachfolgend beschrieben.
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4 ist
ein Zeitdiagramm, das ein Verfahren zur Flüssigkeitsverteilung gemäß der Erfindung darstellt.
Der in 4 gezeigte Zuteilungsprozess weist die gleichen
Stufen auf wie der zuvor beschriebene herkömmliche Zuteilungsprozess,
zum Beispiel die Schritte (70) bis (84). Zusätzlich ist
ein Großteil der
Steuerung der Ventile und Motoren dem herkömmlichen Verfahren ähnlich,
und es werden hierin nur die Unterschiede der Steuerung der Ventile
und Motoren zur Erfindung erläutert.
Insbesondere verändert
das Verfahren zur Verhinderung von doppelter und gestotterter Zuteilung
die Art und Weise der Steuerung der Ventile und Motoren.
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Insbesondere
wird gemäß der Erfindung
das Sperrventil am Anfang der Zuteilstufe nicht wie beim herkömmlichen
Verfahren verschlossen. Das Sperrventil wird hingegen am Anfang
der Entlüftungsstufe geschlossen
und während
der Zuteilstufe verschlossen gehalten. Dies verhindert den plötzlichen
Druckzuwachs in der Zuteilkammer. Daher kann keine Flüssigkeit
aus dem Auslassventil aufgrund plötzlicher Druckerhöhungen austreten.
Da die Sperrventile vor der Zuteilstufe nicht öffnen oder schließen, aber
zu Beginn der Entlüftungsstufe
schließen,
vergrößert sich
der Druck in der Zuteilkammer nach der Entlüftungs- und Säuberungsstufe
und dieser Druck muss freigesetzt werden. Um diesen Druck während der
statischen Säuberungsstufe
(84) freizusetzen, kann der Zuteilungsmotor umgekehrt werden,
um den Kolben (62) um eine vorbestimmte Strecke zurückzuziehen,
um irgendwelche durch das Verschließen des Sperrventils verursachte
Druckerhöhungen zu
kompensieren. Zum Beispiel kann jeder Schritt des Schrittmotors
den Druck um ungefähr
0.1 psi verringern. Wenn das Schließen des Sperrventils den Druck
um 2 psi erhöht,
muss der Motor um 20 Schritte zurückgefahren werden, um den Druck
in der Zuteilkammer um diese Menge zu reduzieren und die Schließung des
Sperrventils zu kompensieren. Die Verringerung des realen Druckes
hängt wie
auch immer von den Eigenschaften des speziell verwendeten Schrittmotors,
der Führungsschraube
und des Kolben ab. Die von jedem Schritt des Motors vollbrachte
Druckverringerung kann über
einen in der Zuteilkammer angebrachten Drucksensor ermittelt werden.
Da das Auslassventil während
der zusätzlichen
Druckerhöhung
in der Zuteilkammer während der
Entlüftungsstufe
nicht geöffnet
ist, findet auch aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung kein „Klecksen" der Flüssigkeit
auf das Plättchen
statt.
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Der
Motor kann weiter um eine vorbestimmte Strecke zurückgefahren
werden, so dass der Motor gerade vor der Zuteilung vorwärts bewegt
wird, um den Zuteilungsdruck auf Null zu bringen und irgendeine
Rückwirkung
wird vermieden, die normalerweise auftritt, wenn der Motor vor der
Zuteilung umgekehrt läuft.
Insbesondere mit einem Kolben, einer Führungsschraube und einer Schrittmotorzuteilpumpe wird
die letzte Bewegung vor einer Zuteilung vorwärts ausgeführt, um der Rückwirkung
der Richtungsänderung
des Kolbens entgegenzuwirken. Daher wird das Pro blem des zusätzlich erzeugten
Drucks durch das Schließen
des Sperrventils umgangen.
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Als
nächstes
wird am Anfang der Zuteilungsstufe (72) der Zeitpunkt des
Auslassventils und der Start des Motors verändert, um das Problem der gestotterten
Zuteilung zu verhindern. Insbesondere ist das Ventil ein mechanisches
Gerät und
benötigt
eine begrenzte Zeit zum Öffnen.
Andererseits kann der Motor schneller starten als sich das Auslassventil öffnen kann.
Daher hebt ein gleichzeitiges Motorstarten und Auslassventilöffnen die
Gefahr einer Druckerhöhung
der zu verteilenden Flüssigkeit,
was wiederum zu einer stotternden Zuteilung führt. Um diesem Problem zu umgehen,
wird das Auslassventil geöffnet und
dann nach einer vorbestimmten Zeit T später der Zuteilmotor gestartet,
so dass das Auslassventil vollständig
geöffnet
ist, wenn der Motor gestartet wird, was eine gute Zuteilung ermöglicht.
Die vorbestimmte Zeit hängt
von den Eigenschaften des verwendeten Auslassventils und des Zuteilmotors
ab. Wenn aber das Auslassventil circa 50 ms zur Öffnung benötigt, dann kann die vorbestimmte
Zeit zum Beispiel zwischen 50 und 75 ms liegen und ist bevorzugt
75 ms. Diese vorbestimmte Zeit kann auch Verzögerung genannt werden. Daher
drückt
der Zuteilmotor gemäß der Erfindung
keine Flüssigkeit
mehr durch ein halboffenes Auslassventil, so dass eine genaue gesteuerte
Menge an Flüssigkeit
auf das Plättchen
verteilt werden kann. Daher werden die durch das Schließen des
Sperrventils und der gleichzeitigen Öffnung des Auslassventils und
das Starten des Zuteilmotors bedingten Probleme gemäß der Erfindung umgangen,
um eine genauere Zuteilung von Flüssigkeiten, wie etwa Flüssigkeiten
geringer Dichte, zu ermöglichen.
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Wie
zuvor beschrieben werden die Ventile und Motoren in der Pumpenanordnung über eine Softwareanwendung
gesteuert, so dass die zuvor genannten Ände rungen im Zuteilungsprozess
auf irgendeine zweistufige Pumpenanordnung angewendet werden können, da
keine Hardwareänderungen notwendig
sind. So kann das Verfahren nach der Erfindung bei zum Beispiel
einer Änderung
im Leitungsmaterial, Leitungslänge,
Düsenhöhe oder
Düsendurchmesser
einfachst angepasst werden.
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Nachfolgend
wird nun das Verfahren zur Steuerung des Zuteilungsprozesses gemäß der Erfindung
beschrieben.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das ein Verfahren (100) zur Steuerung
der Zuteilung von Flüssigkeiten
mit geringer Dichte aus einer Pumpenanordnung gemäß der Erfindung
darstellt. Bei Schritt (102) wird das Sperrventil am Ende
der Filterstufe geschlossen, was den Druck in der Zuteilkammer erhöht. In Schritt (104)
wird während
der statischen Säuberungsstufe der
Zuteilungsmotor um eine vorbestimmte Strecke rückwärts gedreht, um die durch den
Sperrventilverschluss aufgetretene Druckerhöhung zu kompensieren. Als nächstes kann
in Schritt (106) der Motor um eine zusätzliche Strecke zurück gefahren
werden, so dass in Schritt (108) bei der Vorwärtsdrehung
des Motors zur Rückwirkungskompensierung
der Druck der Zuteilkammer bei Null verbleibt. In Schritt (108) ist
die Pumpe bereit zur Zuteilung. In Schritt (110) wird das
Auslassventil geöffnet.
Als nächstes
wird in Schritt (112) der Zuteilmotor um eine vorbestimmte Zeit
später
gestartet und Flüssigkeit
wird in Schritt (114) zugeteilt. Das Verfahren ist damit
komplett.
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Während die
vorherige Beschreibung mit Bezug auf eine bestimmte Gestaltung der
Erfindung erfolgte, wird von Vertretern des Standes der Technik anerkannt werden,
dass Veränderungen
in dieser Gestaltung ohne ein Verlassen der Prinzipien der in den
beigefügten
Ansprüchen
definierten Erfindung möglich
ist.