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Dokumentenidentifikation DE69826804T2 09.03.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0000909610
Titel Flüssigkeitsverteilvorrichtung und Verfahren
Anmelder The Boc Group, Inc., Murray Hill, N.J., US
Erfinder Pozniak, Peter M, San Jose, US;
Roberts, Benjamin R, Los Altos, US
Vertreter Fleuchaus & Gallo, 86152 Augsburg
DE-Aktenzeichen 69826804
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IE, IT, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 13.10.1998
EP-Aktenzeichen 983083577
EP-Offenlegungsdatum 21.04.1999
EP date of grant 06.10.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.03.2006
IPC-Hauptklasse B24B 37/04(2006.01)A, F, I, ,  ,  ,   
IPC-Nebenklasse B24B 57/02(2006.01)A, L, I, ,  ,  ,      

Beschreibung[de]

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Gerät und ein Verfahren zur Abgabe einer Flüssigkeit an eine oder mehrere Verwendungsstellen. Mehr im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein solches Gerät und ein solches Verfahren, wobei jede einer Mehrzahl von Kammern einem Zyklus unterzogen wird, bei welchem während einer Füllbetriebsart die Kammern mit der Flüssigkeit gefüllt werden, während einer Abgabebetriebsart die Flüssigkeit aus den Kammern zu der einen Verwendungsstelle oder den mehreren Verwendungsstellen ausgetrieben wird, und während einer Rückführbetriebsart nicht verwendete Flüssigkeit von der Verwendungsstelle oder den Verwendungsstellen zu den Kammern zurückgeführt wird. Noch mehr im Einzelnen betrifft die Erfindung ein solches Gerät und Verfahren, wobei der Zyklus derart durchgeführt wird, dass, wenn eine Kammer sich in der Abgabebetriebsart befindet, eine weitere Kammer sich in der Rückführungsbetriebsart befindet, so dass eine kontinuierliche Zirkulation der Flüssigkeit ermöglicht wird.

Im Stand der Technik gibt es eine Anzahl von Systemen zur Flüssigkeitsabgabe, die eine besondere Anwendung bei der industriellen Abgabe von Prozesschemikalien finden. Ein größeres Anwendungsgebiet solcher Geräte ist die Halbleiterfertigungsindustrie, in welcher Chemikalien wie beispielsweise Photowiderstände, Schlämme usw. an eine oder mehrere Verwendungsstellen wie beispielsweise bei der Fertigung benutzte Werkzeuge verteilt werden. Im Fall einer Schlämme kann die Verwendungsstelle eine Pumpe sein, die zur Versorgung eines Polierwerkzeugs eingesetzt wird, das zu chemischen und mechanischem Polieren oder Glätten benutzt wird.

Obwohl Pumpen zur Flüssigkeitsverteilung eingesetzt werden, kann es insbesondere im Falle der Halbleiterfertigung wichtig sein, dass die Chemikalie zu den Verwendungsstellen ohne die Strömungspulsierung verteilt wird, die durch hin- und hergehende Pumporgane verursacht werden. Eine solche nichtpulsierende Strömung kann unter Verwendung von Druckgefäßen zum Durchführen der Verteilung erzeugt werden. Die für einen solchen Zweck verwendeten Druckgefäße werden mit einem chemisch nichtreaktiven Gas (bezogen auf den durchzuführenden Prozeß) wie beispielsweise ultrahochreinem Stickstoff druckbeaufschlagt. Beispielsweise beschreibt die US 5 417 346 die Verteilung von Flüssigkeit aus drei Druckbehältern, die zuerst evakuiert werden, um Flüssigkeit einzusaugen. Danach werden die Druckbehälter mit Stickstoff zur Abgabe der Flüssigkeit druckbeaufschlagt.

Bei allen Abgabesystemen können Probleme auftreten, die mit der tatsächlichen Verwendung der zu verteilenden Flüssigkeit zusammenhängen, namentlich da nicht sämtliche zu verteilende Flüssigkeit notwendigerweise an der Verwendungsstelle verwendet wird. Um dieses Problem zu lösen, sind, wie in beiden oben erwähnten Patenten angegeben ist, Rezirkulationsströmungswege vorgesehen, um Flüssigkeit zurück zu einer Massenquelle zu rezirkulieren. Dieses Problem kann insbesondere im Fall von Schlämmen schwierig sein, weil die suspendierten Teilchen um Absetzen aus der Schämme tendieren, wenn man diese stehen lässt. Weitere verwendungsbezogene Probleme treten auf, wenn mehrere Werkzeuge oder Verwendungsstellen durch ein Verteilungssystem gespeist werden. Wenn eines oder mehrere abgeschaltet oder wieder zugeschaltet wird oder werden, verändert sich die Strömungsrate der Flüssigkeit an jeder der Verwendungsstellen. Zu diesem Zwecke werden bei der US 5 417 346 die Strömungsraten an den Abgabestellen erfasst, um Nadelventile automatisch einzustellen, um konstante Strömungsbedingungen sicherzustellen. Obwohl das in diesem US-Patent nicht erwähnt ist, ist es üblich, das gesamte Ansprechverhalten des Abgabesystems auf Bedarfsänderungen im Wege der Regulierung des Drucks in den Rückführleitungen, die Flüssigkeit zurück zu den Massenquellen rezirkulieren, durch Druckregelventile zu regulieren, die den Flüssigkeitsdruck steuern. Das Problem bei der Verwendung von Ventilen zur Sicherstellung konstanter Strömungsbedingungen liegt darin, dass zu verteilende Chemikalien sehr korrosiv und/oder abrasiv sein können und insoweit Ventile als Stellen möglichen Verschleißes und Wartungsbedarfs in dem Abgabegerät wirken können.

Die WO-A-96 02 319 beschreibt ein Gerät und ein Verfahren zum Mischen, Speicher und Abgeben schlämmiger Chemikalien zur Verwendung bei Fertigungsvorgängen. Die Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zur Abgabe von Flüssigkeiten, das einen zyklischen Betrieb umfaßt, der aus sich heraus eine fortgesetzte Zirkulation der Flüssigkeit ermöglicht und auch zur Steuerung von Strömungsbedingungen an der Verwendungsstelle oder den Verwendungsstellen besonders geeignet ist, und zwar ohne Verwendung von Ventilen, die in Berührung mit der zu verteilenden Flüssigkeit stehen.

Gemäß der Erfindung ist ein Gerät zur Abgabe von Flüssigkeit unter dem Antrieb von Gasdruck zu mindestens einer Verwendungsstelle gemäß Anspruch 1 vorgesehen. Zu diesem Zweck ist eine Mehrzahl von Kammern vorgesehen, die jeweils eine Abgabe-, Rückführungs- und Füllbetriebsart haben, in denen Flüssigkeit daraus ausgetrieben bzw. nicht verwendete Flüssigkeit zurückgeführt bzw. neue Flüssigkeit eingeleitet wird. Ein Flüssigkeitsverteilungssystem ist vorgesehen, das einen Strömungskreislauf aufweist, der mit der mindestens einen Verwendungsstelle verbunden ist, um die genannte Flüssigkeit aus den Druckbehältern zuzuführen und die nicht verwendete Flüssigkeit von der mindestens einen Verwendungsstelle zurückzuleiten. Das Flüssigkeitsverteilungssystem hat auch ein Ventilnetzwerk, das zwischen den Kammern und dem Strömungskreislauf die Verbindung herstellt. Das Ventilnetzwerk ist so konfiguriert, dass zwei der Kammern miteinander in Verbindung gebracht werden können, wodurch eine der beiden Kammern in der Abgabebetriebsart und die andere der beiden Kammern in der Rückführungsbetriebsart arbeiten kann, welch letztere die nicht verwendete Flüssigkeit von der mindesten einen Verwendungsstelle aufnimmt. Des weiteren ist ein Mittel zu Treiben der Flüssigkeit aus jeder der Kammern in der Flüssigkeitsverteilungssystem während der Abgabebetriebsart vorgesehen.

Nach einem weiteren Aspekt beinhaltet die Erfindung ein Verfahren zur Abgabe von Flüssigkeit zu mindestens einer Verwendungsstelle nach dem Anspruch 11. Gemäß dem Verfahren wird jede von einer Mehrzahl von Kammern Abgabe-, Rückführungs- und Füllbetriebsarten in einem Zyklus unterzogen, so dass, wenn eine der Kammern sich in der Abgabebetriebsart befindet, eine weitere der Kammern sich in der Rückführungsbetriebsart befindet. Flüssigkeit wird während der Abgabebetriebsart aus jeder der Kammern zu der mindestens einen Verwendungsstelle ausgetrieben, und nicht verwendete Flüssigkeit wird zu dem weiteren Druckbehälter zurückgeführt, der der Rückführungsbetriebsart unterliegt. Jeder der Druckbehälter wird während der Füllbetriebsart mit neuer abzugebender Flüssigkeit gefüllt.

Vorzugsweise ist das Gerät und das Verfahren nach der Erfindung mit drei Kammern ausgestattet, so dass der Prozeß kontinuierlich verläuft. Jedoch könnte die Erfindung auch mit zwei Kammern ausgeführt werden. In diesem Fall kann eine geringe Diskontinuität des Betriebs zwischen dem Ende der Rückführungsbetriebsart und dem Ende der Füllbetriebsart auftreten, oder alternativ kann eine gewisse Überlappung der Rückführungs- und der Füllbetriebsart auftreten, um einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen. Des weiteren kann die Erfindung in Verbindung mit jedem Gerät mit einer Kammer umgesetzt werden. Beispielsweise könnte die Erfindung, obwohl sie mit Bezug auf Druckbehälter beschrieben wird, die als Kammern wirken, gleiche Anwendbarkeit auf Pumpen mit Pumpenkammern oder Zylindern haben, die als Kammern wirken. Alle diese Möglichkeiten sollen durch die anliegenden Patentansprüche abgedeckt sein.

Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich ist, bezieht sich die Erfindung in einem grundsätzlichen Sinn auf ein Gerät und ein Verfahren, bei welchem abzugebende Flüssigkeit zu den Verwendungsstellen zirkuliert und nicht verwendete Flüssigkeit zu einer Kammer zurückgeleitet wird, die sich in der Rückführungsbetriebsart befindet. Auf diese Weise wird Flüssigkeit während des Abgabebetriebs in Bewegung gehalten. Wie ersichtlich ist, bezieht sich die Erfindung in anderer Hinsicht auf die Tatsache, dass ihr grundsätzlicher Zyklusbetrieb der Abgabe- Rückführungs- und Füllbetriebsarten besonders geeignet ist, konstante Strömungsbedingungen an der Verwendungsstelle oder den Verwendungsstellen durch Sicherstellen eines konstanten Flüssigkeitsdrucks an den Verwendungsstellen sicherzustellen. Im Falle von Druckbehältern kann dies durch Regulieren des Gasdrucks in dem der Abgabebetriebsart unterliegenden Druckbehälter und den Innendruck des der Rückführungsbetriebsart unterliegenden Druckbehälters bewerkstelligt werden. Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung werden natürlich aus den Zeichnungen und der detaillierten Beschreibung ersichtlich.

Zur Erläuterung der Erfindung wird nunmehr lediglich beispielshalber auf die anliegende Zeichnung Bezug genommen, die ein Gerät zur Ausführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung zeigt.

Gemäß der Zeichnung ist ein Gerät 1 dargestellt, das zur Abgabe chemischer Flüssigkeiten wie beispielsweise Schlämmen zu Verwendungsstellen 2 und 3 ausgelegt ist, die im Falle von Schlämmen eine peristaltische Pumpe zur Zuführung der Flüssigkeit zu einem chemisch-mechanischen Polierwerkzeug sein könnte.

Das Gerät 1 ist mit Druckbehältern 10, 12 und 14 ausgebildet, wobei jeder der Druckbehälter 10, 12 und 14 Abgabe- Rückführungs- und Füllbetriebsarten unterzogen wird. In der Abgabebetriebsart wird der jeweilige der Druckbehälter 10, 12 und 14 druckbeaufschlagt, um Flüssigkeit zu den Verwendungsstellen 2 und 3 zuzuführen. Die Flüssigkeit wird vom jeweiligen der Druckbehälter 10, 12 und 14 durch ein Flüssigkeitsverteilungssystem 16 mit einem Strömungskreislauf 18 verteilt, der mit den Verwendungsstellen 2 und 3 verbunden ist, um Flüssigkeit aus den Druckbehältern 10, 12 und 14 zu den Verwendungsstellen 2 und 3 zuzuführen und nicht verwendete Flüssigkeit von diesen zurück zu den Druckbehältern 10, 12 und 14 zu führen. Die nicht verwendete Flüssigkeit wird dann in einen Druckbehälter (10, 12 und 14) geleitet, der der Rückführungsbetriebsart unterliegt. Das Flüssigkeitsverteilungssystem 16 weist außerdem ein Ventilnetzwerk 20 zur Steuerung der Strömung der Flüssigkeit in und aus Bodenbereich 22, 24 und 26 der Druckbehälter 10, 12 bzw. 14 auf. Obwohl nicht dargestellt, sollten alle Flüssigkeitsleitungen Biegungen mit sanftem Radius enthalten, um ein Scheren von Flüssigkeiten wie beispielsweise Schlämmen zu vermeiden. Ein Druckrohrsystem 28 stellt eine Verbindung zwischen einer Druckquelle (nicht dargestellt, aber, wie sich der Fachmann vorstellen kann, verdampfter Flüssigstickstoff) und den Kopfbereichen 30, 32 und 34 der Druckbehälter 10, 12 bzw. 14.

Der Flüssigkeitsdruck innerhalb des Strömungskreislaufs 18 wird erfasst, und der Druck innerhalb der Druckbehälter, während diese den Abgabe- und Rückführungsbetriebsarten unterliegen, wird zur Steuerung des Flüssigkeitsdrucks nachgestellt, so dass er im wesentlichen konstant bleibt. Diese Druckregelung stellt sicher, dass die Strömungsrate der Flüssigkeit zu jeder der Verwendungsstellen 2 und 3 konstant bleibt.

Der Strömungskreislauf 18 hat Abgabezweige 18A und Rückführzweige 18B zum Leiten von Flüssigkeit zu den Verwendungsstellen 2 und 3 und zum Rückführen von Flüssigkeit von den Verwendungsstellen 2 und 3 zurück zum Ventilnetzwerk 20. Es ist anzumerken, dass, obwohl nur 2 Verwendungsstellen 2 und 3 dargestellt sind, die vorliegende Erfindung auf jede beliebige Anzahl von Verwendungsstellen anwendbar ist und gleichermaßen auch auf eine einzige Verwendungsstelle anwendbar ist, und besonders vorteilhaft wäre, wenn die einzige Verwendungsstelle intermittierend benutzt wird.

Das Ventilnetzwerk 20 ist so ausgelegt, dass, wenn der jeweilige der Druckbehälter sich im Abgabebetrieb befindet, mindestens ein weiterer der Druckbehälter sich im Rückführungsbetrieb befindet und die nicht verwendete Flüssigkeit von den Verwendungsstellen 2 und 3 aufnimmt. Zu diesem Zweck enthält das Ventilnetzwerk 20 einen Abgabeverteiler 36, von welchem Flüssigkeit auf den Abgabezweig 18A verteilt wird, und einen Rückführverteiler 38, in welchen nicht verwendete Flüssigkeit aus dem Rückführzweig 18B zurückströmt. Ein Zuführverteiler 40 ist vorgesehen, der einen Einlaß 42 aufweist, der mit einer Massenquelle der zu verteilenden Flüssigkeit verbindbar ist. Obwohl nicht dargestellt, können beliebige Mittel zur Überführung von einer Massenquelle zum Einlaß 42 verwendet werden. Beispielsweise könnte eine Pumpe, Schwerkraft oder Vakuum eingesetzt werden, wobei keine bestimmten Mittel bevorzugt werden.

Das Ventilnetzwerk 20 ist mit Gruppen von Absperr- und Rückschlagventilen zur Steuerung der Strömung der Flüssigkeit während der verschiedenen Betriebsarten der Druckbehälter 10, 12 und 14 ausgestattet. Die Absperrventile haben offene und geschlossene Stellungen, um die Flüssigkeitsströmung zuzulassen oder abzusperren. Die Rückschlagventile ermöglichen eine Strömung in nur einer Richtung. Insbesondere sind ein erstes und ein zweites Absperrventil 44 und 46 und eine Gruppe von zwei Rückschlagventilen 48 und 50 dem Betrieb des Druckbehälters 10, ein erstes und ein zweites Absperrventil 52 und 54 und Rückschlagventile 56 und 58 dem Betrieb des Druckbehälters 12, und ein erstes und ein zweites Absperrventil 60 und 62 und zwei Rückschlagventile 64 und 66 dem Betrieb des Druckbehälters 14 zugeordnet. Zu beachten ist, dass die beiden Rückschlagventile (48, 50, 56, 58, 61, 66) so orientiert sind, dass eine Flüssigkeitsströmung nur vom Rückführungsverteiler 38 bzw. zum Abgabeverteiler 36 zugelassen wird.

Unter der Annahme dass der Druckbehälter 10 sich im Abgabebetrieb befindet, ist daher das erste Absperrventil 44 in die geschlossene Stellung und das zweite Absperrventil 46 in die offene Stellung eingestellt. Dies ermöglicht das Austreiben von Flüssigkeit aus dem Druckbehälter 10 zum Abgabeverteiler 36 und sodann in den Abgabezweig 18A des Strömungskreislaufs 18. Wenn der Druckbehälter 12 sich im Abgabebetrieb befindet, ist das erste Absperrventil 52 in der geschlossenen Stellung und das zweite Absperrventil 54 in der offenen Stellung eingestellt. In ähnlicher Weise ist, wenn der Druckbehälter 14 sich im Abgabebetrieb befindet, das erste Absperrventil 60 in der geschlossenen Stellung und das zweite Absperrventil in der offenen Stellung eingestellt.

Während der Zeit, während der Druckbehälter 10 im Abgabebetrieb arbeitet, arbeitet der Druckbehälter 12 im Rückführungsbetrieb. Zu diesem Zweck ist sein erstes Absperrventil 52 in die geschlossene Stellung und das zweite Absperrventil 54 in die offene Stellung gestellt. Nicht verwendete Flüssigkeit strömt zurück durch den Rückführzweig 18B des Strömungskreislaufs 18 zum Rückführverteiler 38 und dann durch das Rückschlagventil 56 und das zweite Absperrventil 54 zurück in den Bodenbereich 24 des Druckbehälters 12. Daher ist diese Absperrventileinstellung für den Druckbehälter 12 im Rückführungsbetrieb die gleiche wie im Abgabebetrieb. Die gleichen Ventileinstellungen gelten für das erste und das zweite Absperrventil 44 und 46, wenn der Druckbehälter 10 sich im Rückführungsbetrieb befindet, und für das erste und das zweite Absperrventil, wenn der Druckbehälter 14 sich im Rückführungsbetrieb befindet. Die Strömungsrichtung wird durch Entlüften des Druckbehälters (10, 12 oder 14), der dem Rückführungsbetrieb unterliegt, auf einen niedrigeren Druck als dem Druckbeaufschlagungsdruck des Druckbehälters (10, 12 oder 14) der dem Abgabebetrieb unterliegt, erzeugt. Die Rückschlagventilpaare 48, 50 bzw. 56, 58 bzw. 64, 66 verhindern eine Rückströmung von druckbeaufschlagter Flüssigkeit, die von dem Abgabeverteiler 36 zum Rückführverteiler 38 strömt.

Wenn der Druckbehälter 10 sich im Abgabebetrieb und der Druckbehälter 12 sich im Rückführungsbetrieb befindet, befindet sich der Druckbehälter 14 im Füllbetrieb. Zu diesem Zweck wird das erste Absperrventil 60 in die offene Stellung und das zweite Absperrventil 62 in die geschlossene Stellung gestellt. Flüssigkeit tritt aus der Massenquelle in den Einlaß 42 ein, strömt in den Zufuhrverteiler 40 und dann in den Bodenbereich 26 des Druckbehälters 14. Wenn der Druckbehälter 10 sich im Füllbetrieb befindet, wird das erste Absperrventil 44 in die offene Stellung und das zweite Absperrventil 46 in die geschlossene Stellung gestellt, und wenn der Druckbehälter 12 sich im Füllbetrieb befindet, wird das erste Absperrventil 52 in die offene Stellung und das zweite Absperrventil 54 in die geschlossene Stellung gestellt.

Nachdem ein Druckbehälter (10, 12 oder 14) sich im Abgabebetrieb befunden hat, arbeitet er im Rückführungsbetrieb und dann im Füllbetrieb. Jedoch wird bevorzugt, daß das Umschalten zwischen den Betriebsarten nicht augenblicklich erfolgt und insoweit zu jedem Zeitpunkt zwei der Druckbehälter 10, 12 oder 14 über ein kurzes Intervall im Abgabebetrieb arbeiten. Diese beiden Druckbehälter sind diejenigen, die jeweils den Füllbetrieb beendet haben und dann im Abgabebetrieb arbeiten. Nach einem solchen gleichzeitigen Abgabebetrieb wird derjenige Druckbehälter der beiden Druckbehälter, der zuletzt den Füllbetrieb durchlaufen hat, weiter im Abgabebetrieb arbeiten, und der andere Druckbehälter wird als nächstes im Rückführungsbetrieb arbeiten. Während dieser Zeit arbeitet ein dritter der Druckbehälter 10, 12 oder 14, der zuletzt im Rückführungsbetrieb gearbeitet hat, gleichzeitig ebenso arbeiten und dann in den Füllbetrieb umgeschaltet. Diese Mischung der Betriebsarten dient zur Verhinderung von Druckschwankungen innerhalb des Strömungskreislaufs 18. Wie noch erörtert wird, wird das Schalten der Betriebsarten durch eine Flüssigkeitspegelerfassung gesteuert.

Das Ventilnetzwerk 20 ist auch mit einem Absperrventil 68 versehen, um die Strömung von einer Massenzufuhr abzusperren. Außerdem ist ein Absperrventil 70 vorgesehen. Während des normalen Betriebs ist das Absperrventil 70 in die Schließstellung gestellt. Wenn es in die Offenstellung gestellt ist, kann Flüssigkeit zur Massenzufuhr zurück rezirkuliert werden. Die Absperrventils 72 und 74 ermöglichen ein Entleeren des Abgabeverteilers 36 und des Rückführverteilers 38. Während eines solchen Entleerens trennen die Absperrventile 76 und 78 den Strömungskreislauf 18 ab. Ein Absperrventil 80 dient zum Ermöglichen der Rückführung von Flüssigkeit aus dem Strömungskreislauf 18 zurück zum Ablassen.

Druck wird von einer Quelle eines druckbeaufschlagten Gases zugeführt, das mit der abzugebenden Chemikalie nicht reaktiv ist. In der Halbleiterverarbeitungsindustrie wird üblicherweise für einen solchen Zweck ultrahochreiner Stickstoff verwendet. Das Druckbehälterrohrsystem 28 umfaßt einen Druckverteiler 82 mit einem Einlaß 84 zum Anschluß der Gasdruckquelle und einen Entlüfteauslaß 86, der normalerweise entlüftet wird, um evtl. in dem Entlüftegas vorhandene korrosive Chemikalien abzulassen. Die Druckbeaufschlagung der Druckbehälter 10, 12 und 14 während des Abgabebetriebs wird durch erste Dreiwegeventile 88, 90 und 92 gesteuert, die zwischen den Druckverteilern 82 und die Druckbehälter 10, 12 bzw. 14 geschaltet sind. Zweite Dreiwegeventile 94, 96 und 98 sind mit den ersten Dreiwegeventilen 88, 90 bzw. 92 verbunden, um die Entlüftung während der Rückführungs- und Füllbetriebsarten zu steuern. Jedes der oben erwähnten Dreiwegeventile (88 bis 98 einschließlich) hat zwei Stellungen, so daß eine Strömung zwischen zwei Ventilöffnungen hergestellt werden kann.

Wenn jedes der ersten Dreiwegeventile 88, 90 bzw. 92 in eine erste der zwei Positionen eingestellt ist, wird eine Strömungsverbindung zwischen dem Druckverteiler 82 und dem jeweils angeschlossenen Druckbehälter 10, 12 oder 14 hergestellt, um den Abgabebetrieb zu ermöglichen. Folglich strömt, wenn das erste Dreiwegeventil 88 in die erste der beiden Positionen eingestellt ist, Hochdruckstickstoff in den Druckbehälter 10, der sich daher im Abgabebetrieb befindet.

Wenn jedes der ersten Dreiwegeventile 88, 90 oder 92 in die zweite der beiden Positionen gestellt ist, wird eine Verbindung zwischen den Kopfbereichen 30, 32 und 34 der Druckbehälter 10, 12 und 14 und den zweiten Dreiwegeventilen 94, 96 und 98 hergestellt. Diese zweite Einstellung der ersten Dreiwegeventile 88, 90 oder 92 tritt während der Füll- und Rückführungsbetriebsarten auf.

Wenn die Dreiwegeventile 94, 96 und 98 in ihrer ersten und zweiten von zwei Positionen eingestellt sind (die ersten Dreiwegeventile 88, 90 oder 92 sind in der zweiten ihrer zwei Positionen eingestellt), wird eine Strömungsverbindung zwischen den Kopfbereichen 30, 32 und 34 der Druckbehälter 10, 12 und 14 und entweder dem Strömungsweg 100 oder dem Strömungsweg 102 hergestellt. Wenn die zweiten Dreiwegeventile in die Position zum Strömungsweg 100 gestellt sind, werden die Druckbehälter 10, 12 und 14 einfach in den Ablauf entlüftet, der sich auf Atmosphärendruck befindet. Dies ermöglicht das Füllen eines Druckbehälters (10, 12 oder 14) während des Füllbetriebs. Wenn beispielsweise der Druckbehälter 14 sich im Füllbetrieb befindet, würde das erste Dreiwegeventil 92 in die zweite seiner Positionen eingestellt und das zweite Dreiwegeventil 98 würde in seine Position gestellt, die eine Strömungsverbindung mit dem Strömungsweg 100 ermöglicht. Es versteht sich, daß in einem solchen Fall der Druckbehälter 12 dem Rückführungsbetrieb unterliegt und insoweit das zweite Dreiwegeventil 96 in die andere der Positionen eingestellt wäre, um eine Strömungsverbindung mit dem Strömungsweg 102 herzustellen. Der Strömungsweg 102 enthält ein Druckregulierventil 104, durch welches Gas während des Rückführungsbetriebs entlüftet wird. Das Druckregulierventil 104 ist ein Steuerventil, das so eingestellt ist, daß es auf einen niedrigeren Druck als dem Gasdruck arbeitet, so daß Flüssigkeit durch den Strömungskreislauf 18 getrieben wird, und daß auch der Druck innerhalb des Druckbehälters, der dem Rückführungsbetrieb unterliegt, reguliert wird.

Der Druck wird in jedem Druckbehälter 10, 12 und 14 (während des Abgabebetriebs) mittels eines Pilotreglers 106 reguliert, wobei es sich um ein weiteres Steuerventil handelt, das den Druck von Nachlaufdruckregulatoren 108, 110 und 112 steuert, die stromab des Pilotreglers 106 angeordnet sind. Dies verhindert Druckschwankungen, die ansonsten innerhalb der Druckbehälter 10, 12 oder 14 während des Umschaltens der Druckbehälter zwischen Abgabe- Rückführungs- und Füllbetrieb auftreten würden. Obwohl dies weniger vorteilhaft ist, könnte ein einziger Druckregler 106 ohne die Nachlaufdruckregler 108, 110 und 112 verwendet werden. Weiter ist anzumerken, daß ein Druckentlastungsventil 114 als Sicherheitsgerät vorgesehen ist, um ein Zerstören des Druckbehälterrohrsystems 28 im Falle einer Fehlfunktion zu verhindern.

Die obigen Mittel zum Zuführen von Gasdruck zu den Druckbehältern sind, obwohl sie bevorzugt werden, nur eine von vielen verschiedenen Ventilanordnungen, die einsetzbar sind. Beispielsweise können Ventile mit zwei Positionen, welche die zu und von den Druckbehältern führenden Leitungen abtrennen, vorgesehen sein, um Gasdruck zu den Behältern zuzuführen und die Behälter später zu entlüften.

Obwohl nicht dargestellt, aber dem Fachmann bekannt, können sämtliche erwähnten Ventile, die als Absperrventile und Dreiwegeventile arbeiten, durch einen Regler mit programmierbarer Logik oder vielleicht ein analoges Gerät gesteuert werden. Eine solche Schaltung oder Einrichtung und die elektrischen Verbindungen sind dem Fachmann bekannt und daher nicht dargestellt. Jedoch würde die Aktivierung solcher Schaltungen oder Einrichtungen durch Flüssigkeitshochpegeldetektoren 116, 118 und 120 und erste und zweite Flüssigkeitsniedrigpegeldetektoren 122, 124, 126 bzw. 128, 130, 132 gesteuert. Jeder der Pegeldetektoren 116 bis 132 einschließlich könnte entweder ein Ultraschall-, ein Spitzenpegel-Detektor, oder ein mechanisches Gerät sein.

Wenn beispielsweise angenommen wird, daß der Druckbehälter 10 im Abgabebetrieb befindet, wird der Druckbehälter 14 (der gerade mit Flüssigkeit gefüllt worden ist) wenn der Flüssigkeitspegel durch den ersten Niedrigpegelfehler 122 erfaßt worden ist, auf Druckbeaufschlagung geschaltet und das erste Dreiwegeventil 92 in eine Position gestellt, die eine Strömungsverbindung zwischen dem Druckverteiler 82 und dem Kopfbereich 34 des Druckbehälters 14 herstellt. Nach einer geringen Verzögerung öffnet das Absperrventil 62, und beide Druckbehälter 10 und 14 arbeiten nun im Abgabebetrieb. Der Druckbehälter 12 arbeitet im Rückführungsbetrieb. Wenn der Flüssigkeitspegel im Druckbehälter 10 absinkt und durch den zweiten Niedrigpegeldetektor 128 erfaßt wird, werden das erste und das zweite Dreiwegeventil 88 und 94 so eingestellt, daß der Druckbehälter 10 nun durch den Strömungspfad 102 entlüftet wird. Insoweit arbeitet der Druckbehälter 10 nun im Rückführungsbetrieb mit dem Druckbehälter 12. Während dieser Zeit erfolgt ein Rückfüllen der Druckbehälter 10 und 12 durch nicht verbrauchte Flüssigkeit. Wenn der im Druckbehälter 10 erfaßte Flüssigkeitspegel ansteigt und durch den ersten Niedrigpegeldetektor 122 erfaßt wird, wird das Ventil 52 in seine Offenstellung geschaltet, und das Absperrventil 54 wird wieder in seine Schließstellung geschaltet, so daß der Druckbehälter 12 der Füllbetriebsart unterliegt und sich mit Flüssigkeit füllt, bis der Flüssigkeitspegel vom Hochpegeldetektor 118 erfaßt wird. Gleichzeitig werden das erste und zweite Dreiwegeventil 90 und 96 so eingestellt, daß durch den Strömungspfad 100 eine Entlüftung auf Atmosphärendruck erfolgen kann. Wenn der hohe Pegel durch den Pegeldetektor 118 erfaßt wird, wird das Ventil 52 in seine Schließstellung zurückgestellt. Während des nächsten Arbeitszyklus arbeitet der Druckbehälter 12 im Abgabebetrieb, während der Druckbehälter 10 vom Rückführungsbetrieb auf den Füllbetrieb übergeht, und der Druckbehälter 14 zwischen Abgabe- und Rückführungsbetrieb umschaltet. Wie oben erwähnt, ist eine solche Überlappung der Betriebsarten gegenüber einer gleichzeitigen Umschaltung bevorzugt, die ein gewisses Maß an Druckschwankung im Strömungskreislauf 18 verursachen könnte.

Um den Druck und daher die Flüssigkeitsströmung an den Verwendungsstellen zu steuern, wird der Flüssigkeitsdruck innerhalb des Strömungskreislaufes 18 durch einen Druckwandler 134 abgefüllt. Seine zentrale Anordnung stellt daher einen konstanten Druck (der in einer konstanten Strömung resultieren kann) an beiden Verwendungsstellen 2 und 3 sicher. Der Ausgang des Druckwandlers 134 wird als Eingang zu einem Regler 136 zugeführt, der wiederum den Pilotregler 106 und das Druckregulierventil 104 einstellt, die fernbetätigte Steuerventile zur Steuerung des Gasdrucks in dem dem Abgabebetrieb unterliegenden Druckbehälter und den Innendruck des dem Rückführungsbetrieb unterliegenden Druckbehälters unterliegt, so daß der Flüssigkeitsdruck, wie er vom Druckwandler 134 erfaßt wird, innerhalb der Ansprechgrenzen des Systems im wesentlichen konstant bleibt. Der Regler 136 ist so programmiert, daß, wenn der Flüssigkeitsdruck abfällt, der Pilotregler 106 öffnet, um den Druck zu steigern, und umgekehrt. Des weiteren wird dann das Druckregulierventil 104 eingestellt, um einen niedrigeren Druck in dem dem Rückführungsbetrieb unterliegenden Druckbehälter aufrechtzuerhalten, und der vom Druckwandler 134 erfaßte Flüssigkeitsdruck ist wiederum konstant. Dies wird durch Programmieren des Reglers 136 bewerkstelligt, um den Flüssigkeitsdruck konstant zu halten und den Pilotregler 106 und das Druckregulierventil 104 gemäß deren Strömungseigenschaften in geeigneter Weise einzustellen.

Eine Alternative, aber weniger bevorzugte Maßnahme zur Regulierung des Gasdrucks und des Innendrucks und daher zur Steuerung der Flüssigkeitsströmung an den Verwendungsstellen ist die Verwendung mechanisch eingestellter Ventile für den Pilotregler 106 und das Druckregulierventil 104. Solche mechanisch eingestellten Ventile sind mit Einstellungen versehen, um einen konstanten Gasdruck und einen konstanten Innendruck aufrechtzuerhalten. Der Nachteil solcher Mittel ist der, daß sie den Flüssigkeitsdruck und daher die Strömung nicht so präzise wie ein elektronisches System aufrechterhalten, das an den Verwendungsstellen auf den Flüssigkeitsdruck anspricht.

Das Druckregulierventil 104 könnte ein mechanisches Gerät sein, das so ausgelegt ist, daß ein konstanter Druck in dem dem Rückführungsbetrieb unterliegenden Behälter aufrechterhalten wird. In einem solchen Fall würde nur der Pilotregler 106 durch den Regler 136 in Abhängigkeit von der Flüssigkeitsdruckveränderung eingestellt. In gleicher Weise könnte der Pilotregler 106 ein mechanisches Gerät sein, wobei nur das Druckregulierventil 104 durch den Regler 136 in Abhängigkeit von einer Flüssigkeitsdruckveränderung betätigt würde. Bei jeder Ausführungsform muß jedoch das Druckregulierventil 104 so arbeiten, daß eine Druckdifferenz zwischen dem Gasdruck und dem während des Rückführungsbetriebs entlüfteten Gas aufrechterhalten wird, um die Flüssigkeit durch den Strömungskreislauf 18 zu treiben.

In der oben umrissenen Weise kommt eine möglicherweise korrosive und/oder abrasive Flüssigkeit niemals in Kontakt mit der Aufrechterhaltung eines konstanten Flüssigkeitsdrucks dienenden Steuerventilen. Obwohl nur drei Druckbehälter in der Zeichnung dargestellt sind, können mehr als drei Druckbehälter in einer Ausführungsform nach der Erfindung eingesetzt werden. Beispielsweise könnte ein vierter Druckbehälter für den Fall eines Systemausfalls stets gefüllt und druckbeaufschlagt sein. Wie oben erwähnt, ist ein Minimum von zwei Kammern oder Druckbehältern notwendig, um die Erfindung auszuführen.


Anspruch[de]
  1. Gerät zur Abgabe einer Flüssigkeit an mindestens einer Verwendungsstelle, wobei das Gerät umfasst:

    eine Mehrzahl von Kammern (10, 12, 14), die jeweils Abgabe-, Rückführungs- und Füllbetriebsarten haben, in denen Flüssigkeit daraus ausgetrieben, nicht verwendete Flüssigkeit zurückgeführt, bzw. neue Flüssigkeit eingeleitet wird,

    ein Flüssigkeitsverteilungssystem (16) mit einem Strömungskreislauf (18), der an die mindestens eine Verwendungsstelle (2, 3) angeschlossen ist, um Flüssigkeit aus den Kammern (10, 12, 14) zuzuführen und die nicht verwendete Flüssigkeit von der mindestens einen Verwendungsstelle zurückzuführen, wobei das Flüssigkeitsverteilungssystem (16) außerdem ein Ventilnetzwerk (20) aufweist, das zwischen den Kammern und dem Strömungskreislauf (18) kommuniziert,

    wobei das Ventilnetzwerk (20 so konfiguriert ist, daß zwei der Kammern in Verbindung miteinander gebracht werden können, wodurch eine der beiden Kammern in der Abgabebetriebsart und die andere der beiden Kammern in der Rückführungsbetriebsart zur Aufnahme der nicht verwendeten Flüssigkeit von der mindestens einen Verwendungsstelle funktionieren können, und

    Mittel zum Austreiben der Flüssigkeit aus jeder der Kammern in das Flüssigkeitsverteilungssystem während der Abgabebetriebsart.
  2. Gerät nach Anspruch 1, wobei:

    die Kammern Druckbehälter (10, 12, 14) sind, und

    die Flüssigkeitsaustreibmittel Druckbeaufschlagungsmittel (28) zum wahlweisen Herstellen einer Verbindung zwischen einer Druckwelle und jedem der Behälter zur Druckbeaufschlagung der Behälter mit Gasdruck während der Abgabebetriebsart umfassen.
  3. Gerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, das weiter Reguliermittel zum Regulieren des Gasdrucks und des Innendrucks in jedem der Druckbehälter beim Arbeiten in den Abgabe- und Rückführungsbetriebsarten aufweist, so daß der Flüssigkeitsdruck an der mindestens einen Verwendungsstelle im wesentlichen konstant bleibt.
  4. Gerät nach Anspruch 3, wobei die Reguliermittel umfassen:

    fernbetätigte Steuerventile, die zur Steuerung des Gasdrucks und des Innendrucks innerhalb der Druckbehälter während der Abgabe- und Rückführungsbetriebsarten positioniert sind,

    einen Druckwandler (134), der innerhalb des Strömungskreislaufs (18) angeordnet ist, um den Flüssigkeitsdruck zu erfassen, und

    ein auf den Druckwandler (134) ansprechender Regler (136), der so konfiguriert ist, daß er die Steuerventile so betätigt, daß der Flüssigkeitsdruck im wesentlichen konstant bleibt.
  5. Gerät nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, wobei die Druckbeaufschlagungsmittel auch so konfiguriert sind, daß sie die Behälter während der Füll- und Rückführungsbetriebsarten entlüften und zwei Strömungswege haben, wobei einer der beiden Strömungswege während der Füllbetriebsart und dem Entlüften auf Atmosphärendruck aktiviert wird und der andere der beiden Strömungswegen während der Rückführungsbetriebsart aktiviert wird und den Reguliermitteln zugeordnet ist, so daß der Innendruck jeder der Druckbehälter, die in der Rückführungsbetriebsart arbeiten, durch den anderen der beiden Strömungswege reguliert wird.
  6. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Flüssigkeitsverteilungssystem (16) außerdem einen Einlaß aufweist und das Ventilnetzwerk außerdem selektiv konfiguriert ist, um eine Verbindung zwischen den Druckbehältern und dem Einlaß während der Füllbetriebsart herzustellen.
  7. Gerät nach Anspruch 4, wobei die Druckbeaufschlagungsmittel umfassen:

    einen Druckverteiler (82) mit einem Einlaß (84) zur Verbindung mit der Quelle des Gasdrucks, wobei eines der Steuerventile den Gasdruck und einen Entlüfteauslaß (86) reguliert,

    zwei Strömungswege (100, 102) zum Entlüfteauslaß (86) zum Entlüfteauslaß (86), wobei einer der beiden Strömungswege in Atmosphärendruck entlüftet und der andere der beiden Strömungswege ein weiteres der Steuerventile zum Regulieren des Innendrucks enthält, und

    erste Dreiwegeventile (88, 90, 92), die mit dem Druckverteiler (82) und den Druckbehältern verbunden sind, und zweite Dreiwegeventile (94, 96, 98), die mit dem ersten Dreiwegeventilen und den zwei Strömungswegen verbunden sind,

    wobei jedes der ersten und zweiten Dreiwegeventile mit zwei Positionen ausgestattet ist, so daß, wenn die ersten Dreiwegeventile in einer ersten der beiden Positionen stehen, eine Verbindung zwischen dem Druckverteiler (82) und den Druckbehältern hergestellt ist, und wenn sie in der zweiten der beiden Positionen gestellt sind, eine Verbindung zwischen den Druckbehältern und den zweiten Dreiwegeventilen hergestellt ist, und wenn die zweiten Dreiwegeventile in der ersten bzw. der zweiten der beiden Positionen gestellt sind, eine Verbindung zwischen dem einen bzw. dem anderen der beiden Strömungswege zur Entlüftung in Atmosphärendruck bzw. zu den Reguliermitteln hergestellt ist.
  8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ventilnetzwerk (20) umfasst:

    einen Verteilungsverteiler (36),

    einen Rückführungsverteiler (38),

    einen Einlassverteiler (40) mit dem Einlaß (42), und

    für jeden der Druckbehälter erste und zweite Absperrventile, die damit verbunden sind, und eine Gruppe von zwei Rückschlagventilen, die das zweite Absperrventil mit dem Verteilungs- und dem Rückführungsverteiler verbinden, wobei das erste Absperrventil mit dem Einlassverteiler verbunden ist, so daß bei Einstellung in der Offenstellung Flüssigkeit in jeden der Druckbehälter eingefüllt wird, das zweite Absperrventil zwischen den Druckbehältern und der Gruppe von zwei Rückschlagventilen angeordnet ist und die beiden Rückschlagventile so orientiert sind, daß sie eine Flüssigkeitsströmung vom Rückführungsverteiler zum zweiten Absperrventil und vom zweiten Absperrventil zum Verteilungsverteiler (36) zulassen, so daß, wenn das zweite Absperrventil in seine Offenstellung gestellt ist, Flüssigkeit entweder aus jedem der Druckbehälter in den Verteilungsverteiler während der Abgabebetriebsart oder aus dem Rückführungsverteiler (38) zurück in die Druckbehälter während der Rückführungsbetriebsart strömen kann.
  9. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter mit Flüssigkeitspegelfühlern, die mit den Druckbehältern verbunden sind, um die Abgabe-, Rückführungs- und Füllbetriebsarten auszulösen.
  10. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Mehrzahl von Druckbehältern aus drei Druckbehältern besteht.
  11. Verfahren zur Abgabe von Flüssigkeit an mindestens einer Verwendungsstelle, das umfasst:

    Betreiben jeder einer Mehrzahl von Kammern in einem Zyklus in Abgabe- Rückführungs- und Füllbetriebsarten, so daß, wenn eine der Kammern sich in der Abgabebetriebsart befindet, eine weitere der Kammern sich in der Rückführungsbetriebsart befindet,

    Austreiben der Flüssigkeit aus jeder der Kammern während der Abgabebetriebsart zu der mindestens einen Verwendungsstelle,

    Rückführen nicht verwendeter Flüssigkeit zurück zu der weiteren Kammer, die sich in der Rückführungsbetriebsart befindet, und

    Füllen jeder der Kammern mit neuer abzugebender Flüssigkeit während der Füllbetriebsart.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei jede der Kammern ein Druckbehälter ist und die Druckbehälter mit Gasdruck während der Abgabebetriebsart druckbeaufschlagt werden, um die Flüssigkeit aus den Druckbehältern auszutreiben.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, welches das Regulieren des Gasdrucks und des Innendrucks in jedem der Druckbehälter während der Rückführungsbetriebsart umfasst, so daß der Flüssigkeitsdruck an der mindestens einen Verwendungsstelle im wesentlichen konstant bleibt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, das weiter umfasst:

    Erfassen des Flüssigkeitsdrucks innerhalb des Strömungskreislaufs, und

    Regulieren des Gasdrucks und des Innendrucks in Abhängigkeit des Abfühlens des Flüssigkeitsdrucks.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei:

    hohe sowie erste und zweite niedrigere Flüssigkeitspegel in jeder der Kammern erfasst werden, wobei der zweite niedrigere Pegel unterhalb des ersten niedrigeren Pegels liegt,

    wenn der erste niedrigere Pegel der Flüssigkeit in der einen Kammer erfasst wird, eine noch weitere Kammer, bei welcher die Füllbetriebsart beendet ist, ebenfalls der Abgabebetriebsart unterzogen wird, so daß die eine und die noch weitere Kammer gleichzeitig der Abgabebetriebsart unterzogen sind,

    wenn der zweite niedrigere Pegel der Flüssigkeit in der einen Kammer erfasst wird, die eine und die weitere Kammer gleichzeitig der Rückführungsbetriebsart unterzogen werden,

    wenn der erste niedrigere Pegel der Flüssigkeit wiederum in der einen Kammer erfasst wird, weil der eine Druckbehälter der Rückführungsbetriebsart unterzogen ist und nicht verwendete Flüssigkeit darin zurückgeleitet wird, die weitere Kammer der Füllbetriebsart unterzogen wird und mit Flüssigkeit gefüllt wird, bis der hohe Flüssigkeitspegel darin erfasst wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Flüssigkeit ein Schlamm ist und die Verwendungsstelle ein bei einem chemischen mechanischen Polieren verwendetes Werkzeug umfasst.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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