DE2938886A1

DE2938886A1 - Metering and mixing liquids in fixed proportions - by magnetic floats rising with liquids in intermediate vessels

Info

Publication number: DE2938886A1
Application number: DE19792938886
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Eugen 4788 Warstein Brandner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-09-26
Filing date: 1979-09-26
Publication date: 1981-04-02

Abstract

Measured amts. of a number of liq. components fed by gravity from individual vessels with inlet and outlet valves into a collector are controlled by magnetic annular floats which move concentrically along the outside of a sealed tube inside the vessel. At intervals up the tube wall interior are reed contacts whose output signals as the float passes them control the various stages of admitting liq. and discharging it into the collector, with the level of each contact inside the measuring vessel determining tha amt. of that component present when a 'ready' signal is actuated preparatory to discharge. Each tube can have several reed contacts, permitting programming of different mixt. ratios. Suitable for large vol. or repeated mixing, esp. of dangerous liqs. eg. mixtures of hydrofluoric, hydrochloric and acetic acids for etching silicon semiconductor dice, and does not involve pressurising such liqs. as did known devices using controlled numbers of pumping strokes for each liq.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosier- und Mischvorrichtung fürThe invention relates to a metering and mixing device for

Flüssigkeiten, bestehend aus zwei oder mehr im Zu- und Ablauf verschließbaren Gefäßen zur Aufnahme und zum Abmessen der einzelnen Mischungspartner und einem durch Rohrleitungen mit diesen Gefäßen verbundenen, der Durchmischung der Mischungspartner dienenden Sammelgefäß.Liquids, consisting of two or more closable in the inlet and outlet Vessels for receiving and measuring the individual mixing partners and one through Pipelines connected to these vessels, the mixing of the mixing partners serving collecting vessel.

Für viele Maßnahmen ist es erforderlich, Anteile von verschiedenen Flüssigkeiten in ganz bestimmten Mengenverhältnissen miteinander zu vermischen. Sofern es sich dabei um größere Mengen der Flüssigkeiten, regelmäßig wiederholte gleichartige Zusammensetzungen oder gesundheitsgefähredende Stoffe, wie etwa stark saure und/oder ätzende und/oder giftige Lösungen, handelt, ist es zweckmäßig, sich hierfür - möglichst selbsttätig arbeitender - Apparaturen zu bedienen, mit denen die jeweils vorgesehene Zusammensetzung der Anteile des Misthungssystems hergestellt wird.For many measures it is necessary to have proportions of different To mix liquids with one another in very specific proportions. If it involves larger amounts of the liquids, repeated regularly Similar compositions or substances hazardous to health, such as strong acidic and / or caustic and / or poisonous solutions, it is advisable to yourself for this purpose - as automatically as possible - to operate equipment with which the intended composition of the proportions of the manure system is established will.

Bekannte Mischanlagen verwenden zu diesem Zweck Dosierpumpen, die elektrisch oder pneumatisch betrieben werden und eine vorgegebene Anzahl von Kolbenhuben ausführen. Durch das Verhältnis der Anzahl der Kolbenhube, die jeweils einem bestimmten Rauminhalt entsprechen, wird der Anteil der Mischungspartner geregelt.Known mixing systems use metering pumps for this purpose be operated electrically or pneumatically and a predetermined number of piston strokes carry out. By the ratio of the number of piston strokes, each one given Correspond to the volume, the proportion of the mixing partners is regulated.

Derartige Dosiereinrichtungen weisen insofern einen Nachteil auf, als nur dann das vorgesehene Mischungsverhältnis erreicht wird, wenn und solange von jedem Mischungspartner noch eine hinreichende Vorratsmenge vorhanden ist. Fehlt eine Komponente, was etwa dadurch gegeben sein kann, daß der Vorrat im Behälter oder in der Leitung ganz oder teilweise verbraucht ist, so führt die Dosierpumpe zwar noch die vorgeschriebene Anzahl der Hubbewegungen aus, fördert jedoch zuwenig Flüssigkeit oder sogar Luft an Stelle der Flüssigkeit, und die derart gebildete Mischung entspricht nicht mehr den vorgegebenen Anforderungen. Überdies stellen Rohrleitungen, lie mit gefährlichen Stoffen, wie etwa mit ätzender. Sauren gefüllt Sind, eine erhebliche Gefährdung für Personen und Umweit dar, wenn sie unter dem von einer Pumpe erzeugten Druck stehen. Auch aus diesem Grund ist es daher erstrebenswert, hei solchen Vorrichtungen auf Druckpumpen zu verzichten.Such metering devices have a disadvantage in that than the intended mixing ratio is only achieved if and as long as it is There is still a sufficient supply of each mixing partner. Is missing a component, which can be given by the fact that the supply in the container or is completely or partially consumed in the line, the metering pump operates Although the prescribed number of lifting movements is still carried out, it does not deliver enough Liquid or even air instead of the liquid, and the one thus formed Mixture does not match more the given requirements. Besides make pipelines, left with dangerous substances, such as with caustic. Acids Are filled pose a significant risk to people and the environment if they are under the pressure generated by a pump. For this reason, too, it is desirable to to do without pressure pumps in such devices.

Zur Dosierung einer bestimmten Flüssigkeitsmenge, die über die entsprechende Füllhöhe ermittelt wird, sind auch kapazitiv oder induktiv arbeitende Füllstandsanzeiger bekannt geworden. Joche Geräte sind jedoch ungeeignet, wenn es sich bei den Flüssigkeiten @m Stoffe mit einem verhältnismäßig hohen Dampfdruck handelt und die Innenseite der Behälter - beispielsweise etwa durch entwickelte Säuredämpfe - benetzt wird, weil die Anzeige dann zu ungenau oder ganz unbrauchbar wird.For dosing a certain amount of liquid that exceeds the corresponding Level is determined, capacitive or inductive level indicators are also available known. However, yokes devices are unsuitable when it comes to liquids @m substances with a relatively high vapor pressure and the inside the container is wetted, for example by acid vapors that have developed, because the display then becomes too imprecise or completely unusable.

Aufagabe der Erfindung ist daher eine Dosier- und Mischvorrichtung, die derart kontrolliert und ohne Beeinträchtigung lnQ Behinderung der Kontrolleinrichtung arbeitet, daß sichergestellt ist, da3 dann und nur dann ein Mischen der Mischungspartner vorgenommen wird, wenn in jedem der Meßgefäße eine für das vorgesehene Mischungsverhältnis richtig abgemessene Menge der einzelnen Mlschungspartner vorhanden ist. Weiter soll die Vorrichtung auch für gefährliche Stoffe geeignet sein, daher möglichst auf die Anwendung höherer Drucke versichten. Überdies soll die Vorrichtung schließlich einer Automatisierung des Verfahrensablaufs zugänglich sein, um nch Möglichkeit eine unmittelbare Berührung und die damit verbundene Gefährdung des mit dem Mischen beauftragten Personenkreises zu verhindern.The task of the invention is therefore a metering and mixing device, which are controlled in this way and without impairment lnQ obstruction of the control facility works to ensure that then and only then a mixing of the mixing partners is carried out if there is one in each of the measuring vessels for the intended mixing ratio Correctly measured amount of the individual partners in the mixture is available. Next should the device must also be suitable for hazardous substances, therefore, if possible, to the Refrain from using higher pressures. In addition, the device is ultimately intended to be a Automation of the process flow to be accessible to an immediate possibility Contact and the associated risk to the group of people responsible for mixing to prevent.

Diese rufgabe wird bei einer Dosier- und Mischvorrichtung für Flüssigkeiten, bestehend aus zwei oder mehr im Zu- und Ablauf verschließbaren Gefäßen zur aufnahme und zum Abmessen der einzelnen Mischungspartner und einem durch Rohrleitungen mit diesen Gefäßen verbundenen, der Durchmischung der Nischungspartner dienenden Sammelgefä, erfindungsgemäß ladurch gelöst, 1aß sich in jedem der Meßgefäße ein gegen den Innenraum des Meßgefäßes abgeschlossenes, in seiner Länge der Länge des Meßgefäßes angepaßtes or befindet, um das konzentrisch ein als Schwimmer ausgebildeter, entlang der Oberfläche des Rohres beweglicher Ringmagnet geführt ist und in dessen Innern ein oder mehrere Reed-Kontakte, deren Signale den Zulauf der Flüssigkeiten um Meßgefäß und ihren Ablauf zum Sammelgefäß regeln, derart angeordnet sind, daß die höhe ihrer Lage im Meßgefäß der erforderlichen Füllstandshöhe des jeweiligen Mischungspartners entspricht.This call is made for a dosing and mixing device for liquids, consisting of two or more in and out Drain closable vessels for taking up and measuring the individual mixture partners and one through pipelines connected to these vessels, serving to mix the niche partners Collection vessel, solved according to the invention, fits into each of the measuring vessels closed against the interior of the measuring vessel, in its length the length of the Measuring vessel adapted or is located around the concentrically trained as a float, is guided along the surface of the pipe movable ring magnet and in its Inside one or more reed contacts, their signals the inflow of liquids to regulate measuring vessel and its flow to the collecting vessel, are arranged such that the height of their position in the measuring vessel of the required level of the respective Mix partner corresponds.

Mit der Erfindung wird erreicht, daß eine richtige Dosierung jeglicher Mischungspartner, unabhangig von ihren Figenschaften, wie etwa des Dampfdruckes, gewährleistet ist. Die in das Meßgefäß einlaufende Flüssigkeit hebt den an ihrer Cbrfläche schwimmenden Ringmagneten mit empor. forst wenn der Flüssigkeitsspiegel, und damit auch der Ringmagnet, die vorgesehene Füllstandshöhe erreicht haben, wird der ebenfalls gerade in dieser Höhe befindliche Peed-Kontakt durch. der Ringmagneten betätigt. Auf das Signal des Reed-Kontaktes hin wird der Zulauf abgestellt. Die somit richtig abgemessene Menge wird danach zum Auslauf in das Sammelgefäß freigegeben, in welchem sie dann mit den übrigen Nischungspartnern vermischt wird.With the invention it is achieved that a correct dosage of each Mixing partners, regardless of their properties, such as the vapor pressure, is guaranteed. The liquid flowing into the measuring vessel lifts the liquid in its Floating ring magnets with upward. forest when the fluid level, and thus also the ring magnet, which has reached the intended fill level, will the peed contact, which is also located at this height. the ring magnet actuated. The inlet is switched off in response to the signal from the reed contact. the the correctly measured amount is then released to drain into the collecting vessel, in which it is then mixed with the other niche partners.

An einem Ausführungsbeispiel und an Hand der teilweise schematischen Zeichnung seien die Dosier- und Mischvorrichtung nach der Erfindung und ihre Funktion noch einmal näher heschrieben.Using an exemplary embodiment and using the partially schematic Drawings are the dosing and mixing device according to the invention and their function wrote again in more detail.

Handelt es sich etwa darum, ein Gemisch aus Flußsäure, alpetersäure und Essigsäure herzustellen, wie ein solches in der Halbleitertechnologie bekanntlich zum Ätzen der Siliziumscheiben üblicherweise verwendet wird, wird zunächst einmal wie Lage der Reed-Kontakte 5 in den einzelnen Innenrohren 4 der - in diesem Fall drei - Meßgefäße 1 festgelegt. Sie ergibt sich aus den Füllstandshöhen der jeweiligen Flüssigkeitsmengen, die zur Bildung des vorgesehenen Mischsystems der arei Säuren erforderlich sind.Is it a question of a mixture of hydrofluoric acid and nitric acid and to prepare acetic acid, such as in of semiconductor technology is known to be commonly used for etching the silicon wafers is first once like the position of the reed contacts 5 in the individual inner tubes 4 of the - in this one Case three - measuring vessels 1 set. It results from the level heights of the respective amounts of liquid required to form the intended mixing system of the arei acids are required.

Sofern bei wechselnden Anforderungen an die Zusammensetzung der Säuremischung nicht nur ein inniges, sondern mehrere anterschiedliche Mischungsverhältnisse regelmä3ig verwendet wenigen und 'unr die Säuremischung in ihrer Zusammensetzung den verschiedenartigen Erfordernissen entsprechend anzupassen ist, werden in den Innenrohren 4 mehrere Reed-Kontakte 6 in unterschiedlicher Höhe angebracht. Von den durch die Reed-Kontakt : beim Lfülle der Gefäße 1 ausgelösten Signalen wird ? in diesem Fall entweder nur das gerade benötigte Signal zur die weitere Bedienungen der Vorrichtung beachtet, oder es wird in einem vonvornherein festgelegten Schaltungsprogramm nur der jeweils gerade benötigte Reed-Kontakt an den Funktionssteller der Ein- und Auslaßventile angeschlossen.If there are changing requirements for the composition of the acid mixture not just one intimate, but several different mixing ratios on a regular basis uses a few, and the mixture of acids varies in its composition Is to be adapted according to requirements, are in the inner tubes 4 several Reed contacts 6 attached at different heights. From the through the reed contact : when the vessels 1 are full, the signals triggered? in this case either only observes the signal currently required for further operation of the device, or in a circuit program specified in advance, only the reed contact that is currently required on the function plate of the inlet and outlet valves connected.

Zum Beginn des Einfüllens der Mischungskomponenten in die Meßgefäße 1 werden zunächst die Einlaßventile 7 der Gefäße 1 geöffnet. oodann strömen die einzelnen Säuren aus Vorratsbehältern 8, die zweckmäßigerweise oberhalb der Gefäße 1 angeordnet sind, um die Anwendung von Druckpumpen zu vermeiden, in die Gefäße 1 hinein, wobei die schwimmenden Ringmagnete 5 mit dem steigenden Flüssigkeitsspiegel emporgehoben werden.At the beginning of filling the mixture components into the measuring vessels 1, the inlet valves 7 of the vessels 1 are first opened. Then they flow individual acids from storage containers 8, which are expediently above the vessels 1 are arranged to avoid the use of pressure pumps in the vessels 1 into it, the floating ring magnets 5 with the rising liquid level be lifted up.

Sobald die jeweils vorgesehene Füllstandshöhen erreicht sind, wird von den Ringmagneten 5 über die einzelnen Reed-Eontakte 6 je ein Signal ausgelöst, das die Bereitstellung dieses Mischungspartners nach beendeter Füllung meldet, woraufhin immer das entsprechende Einlaßventil 7 geschlossen wird. Da die Ringmagnete 5, die die Innenrohre 4 konzentrisch umgeben, bei ihrer senkrechten Bewegung an den Inrenrohren 4 entlang durch diese zwangsgeführt werden, ist sichergestellt, daß die Reed-Kontakte 6 immer geschaltet werden, sobald der Flüssigkeitsspiegel die vorgesehene Füllstandsöbe erreicht hat.As soon as the respective intended fill levels are reached, a signal is triggered by the ring magnets 5 via the individual reed contacts 6, that reports the availability of this mixture partner after filling is complete, whereupon the corresponding inlet valve 7 is always closed. Since the ring magnets 5, the the inner tubes 4 surround concentrically, in their vertical movement are forcibly guided along the inner tubes 4 through these, it is ensured that that the reed contacts 6 are always switched as soon as the liquid level has reached the intended fill level.

Ist jedoch aus irgendeinem Grund diese Bedingung nicht erfüllt, sei es, daß die Vorratsgefäße 8 keine hinreichende illmenge mehr aufweisen oder etwa der Zufll3ß vom Vorratsgefäß 8 zum Meßgefäß 1 anderweitig behindert ist, kann auch keine Meldung über die Bereitstellung erfolgen. Deshalb sind Mischungen mit unrichtigen Zusammensetzungen ausgeschlossen.However, if for any reason this condition is not met, then be it that the storage vessels 8 no longer have a sufficient amount of ill or about the inflow from the storage vessel 8 to the measuring vessel 1 is hindered in some other way, can also there is no notification of the provision. Therefore mixes with incorrect Compositions excluded.

Nach-dem die Einlaßventile 7 geschlossen sind und die Meldung der Bereitstellung der Mischungspartner erfolgt ist, werden die Auslaßventile 9 der Gefäße 1 geöffnet, wobei gegebenenfalls-- sofern erforderlich - eine bestimmte Reihenfolge des Ausfließens eingehalten wird. Dies ist immer dann angebracht, wenn etwa eine hochkonzentrierte Säure verdünnt werden soll.After the inlet valves 7 are closed and the message of the Provision of the mixing partner is done, the outlet valves 9 are the Vessels 1 opened, with a certain order if necessary - if necessary of outflow is observed. This is always appropriate if, for example, a highly concentrated acid should be diluted.

Die aus den Gefäßen 1 ausfließenden Säuren werden im Mischgefäß 3 gesammelt, das zur Beschleunigung der Durchmischung der einzelnen Komponenten zweckmäßigerweise mit einem Rührer 10 versehen ist. Sobald eine hinreichend innige Vermischung stattgefunden hat, läßt sich die Ätzlösung aus dem Auslaß 11 des Mischgefäßes 3 in den benötigten Mengen entnehmen. Nach der Entleerung der Gefäße 1 werden deren Auslaßventile 9 wieder geschlossen; die Gefäße 1 sind sodann für einen erneuten Einsatz bereit.The acids flowing out of the vessels 1 are mixed in the mixing vessel 3 collected, which is useful to accelerate the mixing of the individual components is provided with a stirrer 10. As soon as a sufficiently intimate mixing has taken place has, can the etching solution from the outlet 11 of the mixing vessel 3 in the required Take quantities. After the vessels 1 have been emptied, their outlet valves 9 closed again; the vessels 1 are then ready to be used again.

Zweckmäßigerweise wird der Ablauf der einzelnen Funktionen der Vorrichtung, nämlich das Öffnen der Einlaßventile 7, das Schließen der Einlaßventile 7, die Meldung der Bereitstellung der abgemessenen Mengen in den Gefäßen 1, das Öffnen der Auslaßventile 9, die Einhaltung einer bestimmten Reihenfolge des Öffnens der Auslaßventile 9 sowie das Schließen de Auslaßventile 9 in einem Programm festgelegt, das der jewelle benötigten gesamten enge der Mischung und dem jeweils benötigten Mischungsverhältnis angepaßt ist. Dies läßt sich ei der Vorrichtung gemäß der Erfindung verhältnismäßig leicht durchführen. Sip, eröffnet daher die Möglichkeit, den gesamten Ablauf des Dosierens und Mischens zu atomatisieren und innerb@@@@ k@@@ Zeit größere Mengen gena@ eingestellter Mischungen sicher und besonders wirtschaftlich herzustellten.Appropriately, the sequence of the individual functions of the device, namely the opening of the inlet valves 7, the closing of the inlet valves 7, the message the provision of the measured quantities in the vessels 1, the opening of the outlet valves 9, the observance of a certain sequence of opening the exhaust valves 9 as well closing de exhaust valves 9 set in a program that the required total tightness of the mixture and the required mixing ratio is adapted. This can be done relatively with the device according to the invention easily perform. Sip, therefore, opens up the possibility of the entire process of the To automate dosing and mixing and withinb @@@@ k @@@ time larger quantities gena @ adjusted mixtures safely and particularly economically.

Da dann n wenig Bedienungspersonal gebracht wird, ist auch dessen weitgeberder Schutz vor einer Gefährdung durch @eitsschändigende Stoffe gegeben.Since then n few operators are brought in, so is that Extensive protection against hazards from harmful substances is given.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

'Dosing and mixing device' patent claim Dosing and mixing device for liquids, consisting of two or more closable in the inlet and outlet Vessels for receiving and measuring the individual mixing partners and a (.unch Pipelines connected to these vessels, the mixing of the mixing partners serving collecting vessel, characterized in that in each of the measuring vessels (1) one closed off from the interior of the measuring vessels (1) in its length and length of the measuring vessel (1) adapted tube (4) is to the concentric one as a float formed ring magnet (5) movable along the surface of the tube (4) is performed and inside one or more reed contacts (6), their signals the inlet of the liquids to the measuring vessel (1) and their outlet to the collecting vessel (3) regulate, are arranged such that the height of their position in the measuring vessel (1) of the required Corresponds to the filling level of the respective mixing partner.