Wie Gaspumpen funktionieren

Das Tanken an der Pumpe ist für die Fahrer ein ständiges und etwas nerviges Ritual. Justin Sullivan / Getty Images

Ihr Urlaub hat gerade erst begonnen und Sie fahren in die Berge, zum Strand oder zu einem anderen Ort, von dem Sie seit Monaten geträumt haben. Sie sind bereit zu gehen, aber bevor Sie mehr als ein paar Meilen fahren können, müssen Sie zum nächsten Ausgang gehen - es ist bereits Zeit, Benzin zu kaufen. Da die Benzinpreise so volatil sind wie in den letzten Jahren, ist dies wahrscheinlich nicht Ihr Lieblingsteil der Reise. Es besteht sogar die Möglichkeit, dass ein Aufkleberschock an der Pumpe dazu führt, dass Sie das schicke Abendessen dieses Abends auslassen und stattdessen eine Fast-Food-Mahlzeit einnehmen. Leider ist in einer Welt, die für den Grundtransport auf Autos angewiesen ist, das Pumpen und Kaufen von Benzin ein notwendiges Übel - jedenfalls im Moment.

Haben Sie während all dieser Fahrten zur Pumpe jemals angehalten, um sich zu fragen, wo das Gas in der Pumpe ist? Tankstellenspender kommt von oder wie kommt es vom Spender zum Benzintank Ihres Autos? Der Prozess ist nicht schwer zu verstehen, aber die Gasunternehmen haben sich große Mühe gegeben, die Details zu verbergen. Das Pumpen von Gas scheint eine einfache Angelegenheit zu sein, eine Pumpe anzuheben, einige Knöpfe zu drücken und manchmal eine Kreditkarte durch ein Lesegerät zu ziehen oder einen Kreditstab an einem Detektor zu schwenken. Was im Gasspender selbst vor sich geht, ist jedoch etwas komplizierter.

Sie kennen den Bohrer bereits: Wischen Sie mit Ihrer Kreditkarte, teilen Sie dem Spender mit, welche Art von Gas Sie möchten, und beginnen Sie mit dem Pumpen. Wenn Ihr Tank voll ist, bezahlen Sie das Benzin, setzen Sie sich wieder auf den Fahrersitz und fahren Sie auf die offene Straße. Diese einfache Beschreibung wirft jedoch mehr Fragen auf als sie beantwortet. Wie kommt das Benzin zum Auto? Woher weiß die Pumpe, wann sie mit dem Pumpen aufhören muss? Wie mischt es genau die Gasmischung, die der Kunde wünscht? Und was passiert, wenn Sie versehentlich mit der noch an Ihrem Auto angebrachten Zapfsäule losfahren? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.

Inhalt

1. Die Benzintanks
2. Das Rückschlagventil
3. Der Durchflussmesser
4. Das Mischventil
5. Die automatische Abschaltung

Das an Tankstellen verkaufte Benzin wird unterirdisch in vergrabenen Tanks gelagert. Jeder fasst mehrere tausend Gallonen Gas. Es gibt mindestens zwei dieser Tanks pro Station und jeder Tank enthält normalerweise eine andere Gasqualität. Die unterirdischen Gastanks stellen ein offensichtliches Problem dar: Wenn das Gas zu einem Spender (und dem Gastank Ihres Autos) über der Erde gelangen muss, muss es der Schwerkraft trotzen, um dorthin zu gelangen - wie ein Wasserfall, der bergauf fließt. Aber das Gas von seinem unterirdischen Versteck auf Straßenniveau zu bringen, ist nicht so schwierig, wie Sie vielleicht denken.

Die meisten Tankstellen arbeiten mit einem von zwei Pumpentypen - einer Tauchpumpe oder einer Saugpumpe:

• EIN Tauchpumpe, Wie der Name schon sagt, taucht es unter die Oberfläche der Flüssigkeit, wo es eine propellerähnliche Vorrichtung verwendet, die als Laufrad den Kraftstoff nach oben bewegen. Schräge Schaufeln am rotierenden Laufrad drücken das Wasser so, wie die Schaufeln eines elektrischen Lüfters Luft drücken.
• EIN Saugpumpe bewegt das Gas nach dem Prinzip von ungleicher Druck. Ein Rohr wird ins Wasser eingeführt. Ein Motor über dem Flüssigkeitsstand entfernt genügend Luft aus dem Rohr, um den Luftdruck über dem Benzin zu verringern. Der Motor entfernt weiterhin Luft, bis der Luftdruck über dem Benzin niedriger ist als der Luftdruck, der auf das Gas außerhalb des Rohrs drückt. Das Gewicht der Umgebungsluft drückt das Gas im Rohr nach oben, selbst wenn die Schwerkraft versucht, es wieder nach unten zu ziehen. Wenn der Luftdruck im Rohr niedrig genug ist, steigt das Gas einfach in den oberirdischen Spender.

Der Hauptvorteil einer Tauchpumpe gegenüber einer Saugpumpe besteht darin, dass das Laufrad Wasser über größere vertikale Entfernungen drücken kann. Da sich die Gastanks an den meisten Tankstellen jedoch nur wenige Meter unter dem Spender befinden, ist eine Saugpumpe für die jeweilige Aufgabe in der Regel mehr als ausreichend. Dieser Prozess bietet jedoch noch mehr und wird auf der nächsten Seite näher erläutert.

Vielen Dank

Besonderer Dank geht an C. R. Newlin von Franklin Fueling und Mike Hardin von Dresser Wayne für ihre unschätzbare Hilfe bei diesem Artikel.

Der Weg, den das Gas von den Tanks zum oberirdischen Spender nimmt, ist nicht besonders kompliziert, obwohl es einige kleine Drehungen und Wendungen dauern kann. Wenn das Pumpen abgeschlossen und der Pumpenmotor ausgeschaltet ist, fällt das Gas in der Leitung nicht einfach in den Tank zurück. Stattdessen wird es von a im Rohr gehalten Rückschlagventil. Das Rückschlagventil, das sich über dem Gas im Rohr befindet, sorgt für eine luftdichte Abdichtung über der Flüssigkeit. Obwohl der Rohrboden offen bleibt, hält der vom Rückschlagventil erzeugte Vakuumdruck das Gas an Ort und Stelle. Dies ist ein Prozess, der als bekannt ist die Primzahl behalten.

Die Verwendung eines Rückschlagventils zum Halten des Gases in der Leitung verhindert unnötigen Verschleiß der Saugpumpe und stellt sicher, dass eine Gaszufuhr in der Leitung verbleibt, sodass der nächste Kunde nicht darauf warten muss, dass das Gas vollständig entnommen wird weit oben aus dem Tank. Es scheint keine große Sache zu sein, aber der Vorgang kann 10 bis 15 Sekunden dauern. Das ist keineswegs eine sehr lange Wartezeit, aber es kann eine Ewigkeit sein, wenn Sie darauf warten, dass Gas gepumpt wird.

Der Strom, der die Pumpen antreibt, stammt normalerweise aus demselben Stromnetz, das die Lichter und Geräte in Ihrem Haus mit Strom versorgt. In einigen Bundesstaaten ist es jedoch erforderlich, dass Tankstellen im Falle eines Stromausfalls eine Notstromversorgung aufrechterhalten.

Woher weiß der Spender, wie viel Gas der Kunde gepumpt hat, nachdem das Gas auf dem Weg zum Auto ist und der Kunde mit dem Pumpen beginnen muss? Angesichts der Volatilität der Gaspreise in diesen Tagen ist dies möglicherweise das einzige, was den Kunden interessiert. Den Schlüssel zu diesem Rätsel finden Sie auf der nächsten Seite.

Do-It-Yourself-Rückschlagventil

Sie können das Prinzip des Rückschlagventils in Aktion sehen, indem Sie einen Strohhalm senkrecht in ein Glas Wasser einführen, damit das Wasser nach oben in den Strohhalm fließt. Sobald der Strohhalm teilweise eingetaucht ist, legen Sie die Fingerspitze auf den Strohhalm und bilden eine luftdichte Versiegelung. Heben Sie den Strohhalm dann wieder aus dem Wasser. Das Wasser bleibt im Strohhalm, auch nachdem der Strohhalm vollständig aus dem Glas entfernt wurde, und fließt erst wieder heraus, wenn Sie Ihren Finger loslassen. In der Tat diente Ihr Finger als Rückschlagventil auf dem Strohhalm.

Wissen Sie, wie viel Gas Sie gerade pumpen? Scott Olson / Getty Images

Als Fahrer besteht Ihr Hauptziel an der Pumpe darin, Ihren Tank zu füllen, damit Sie Ihr Auto wieder auf die Straße bringen können. Das Ziel des Tankstellenbesitzers und des Unternehmens, das das Gas liefert, ist es jedoch, zu wissen, wie viel Gas Sie gepumpt haben, damit Sie ordnungsgemäß dafür belastet werden können. Hier kommt der Durchflussmesser ins Spiel.

Wenn das Benzin nach oben in den Spender gelangt, passiert es a Durchflussregelventil das reguliert die Strömungsgeschwindigkeit des Benzins. Dies geschieht über eine Kunststoffmembran, die mit zunehmendem Gasfluss immer fester in das Rohr gedrückt wird und immer gerade genug Platz für die richtige Menge Benzin lässt. Wenn Sie eine vorgegebene Gasmenge eingestellt haben, die gepumpt werden soll, verlangsamt sich der Gasfluss, wenn Sie sich dem Grenzwert nähern.

Diese Pipe enthält auch die Durchflussmesser, Dies ist eine Kammer aus Gusseisen oder Aluminium, die eine Reihe von Zahnrädern oder einen einfachen Rotor enthält, der beim Durchgang Gaseinheiten abhakt. Informationen über den Gasfluss werden an einen Computer im Spender weitergeleitet, der die dosierte Gasmenge in Zehntel Gallonen anzeigt. Wenn sich die Temperatur des Gases ändert - beispielsweise an besonders heißen und kalten Tagen - kann sich die Dichte des Gases ändern, was zu einem Fehler in der vom Durchflussmesser gemessenen Flüssigkeitsmenge führt. Der Computer kompensiert diesen Fehler, indem er die Gastemperatur bei der Aufzeichnung des Durchflusses berücksichtigt und den Preis entsprechend anpasst.

Der Verschleiß des Messgeräts kann seine Genauigkeit im Laufe der Zeit beeinträchtigen, weshalb regelmäßige Inspektionen erforderlich sind. In der Regel verwenden Inspektoren einen Behälter mit einem bestimmten Volumen, pumpen Gas hinein und vergleichen die Menge im Behälter mit der am Spender gemessenen Menge. Wenn die Mengen nicht übereinstimmen, muss der Durchflussmesser neu kalibriert und möglicherweise überholt oder ersetzt werden. Obwohl die Vorschriften für die Pumpenkalibrierung vom Nationalen Institut für Standards und Technologie (NIST) stammen, werden die eigentlichen Inspektionen vor Ort durchgeführt, normalerweise von der staatlichen Abteilung für Gewichte und Maße.

Jetzt, da das Gas fließt und die Durchflussmenge gemessen wurde, bleibt nur noch ein Schritt: das Gas in das Auto des Kunden zu bringen. Aber das ist ein schwierigerer Prozess, als Sie vielleicht denken. Was ist zum Beispiel, wenn der Kunde nicht weiß, wann er mit dem Pumpen aufhören soll? Wird er oder sie von einem möglicherweise tödlichen Ausbruch von außer Kontrolle geratenem Kraftstoff durchnässt sein? Lassen Sie es uns auf der nächsten Seite herausfinden.

Eines der ersten Dinge, die ein Kunde an der Pumpe bemerken wird, ist die Vielfalt der angebotenen Auswahlmöglichkeiten. In den meisten Fällen bietet ein Spender mehrere Gassorten an - manchmal bis zu fünf - mit jeweils unterschiedlicher Oktanzahl. Die gewünschte Oktanzahl wird normalerweise einfach per Knopfdruck ausgewählt. Bedeutet dies, dass fünf verschiedene unterirdische Tanks in diesen Spender einspeisen, die jeweils eine andere Gasqualität bieten? Das ist normalerweise nicht der Fall. Tatsächlich kann der Spender aus nur zwei unterirdischen Tanks so viele Qualitäten produzieren, wie er möchte, solange ein Tank die höchste an dieser Station verfügbare Oktanzahl und der andere die niedrigste enthält. Die Qualitäten werden an der Pumpe zusammengemischt - ähnlich wie bei der Mischung von Gin und Wermut zu einem Martini - und es entsteht eine Art Oktan-Cocktail. Das genaue Verhältnis, in dem die Sorten gemischt werden, bestimmt die Oktanzahl des Gases, das in den Tank des Kunden gelangt.

Dieses Kunststück des Barkeepens von Gaspumpen wird von etwas ausgeführt, das a genannt wird Mischventil. Dieses Ventil verfügt über Eingänge, die aus zwei Benzinsorten bestehen, die jeweils aus unterschiedlichen Tanks stammen. Eine einzelne bewegliche Barriere namens a Schuh ist mit beiden so verbunden, dass sie mit einer einzigen motorgetriebenen Ratsche über die Eingänge bewegt werden können. Wenn die Ratsche ein Ventil öffnet, schließt sie das andere Ventil in genauem, aber entgegengesetztem Verhältnis. Dies bedeutet, dass wenn ein Ventil beispielsweise zu 90 Prozent geöffnet ist, das andere Ventil zu 10 Prozent geöffnet ist, wodurch eine Mischung entsteht, die zu 90 Prozent aus einer Oktan und zu 10 Prozent aus der anderen besteht. Durch Hin- und Herbewegen der Ratsche kann das Mischventil eine beliebige Oktanzahl Gas erzeugen, die von der höchsten bis zur niedrigsten in den Tanks gespeicherten Qualität reicht - und alle dazwischen liegenden Oktanzahl.

Lesen Sie weiter, um herauszufinden, wie der Spender sicherstellt, dass die Benzinkapazität Ihres Tanks nicht überläuft.

Sicherheitsmaßnahmen

Wenn der Kunde das Gasgemisch seiner Wahl in den Gastank des Autos pumpt, kann es zu einer beliebigen Anzahl von Unfällen kommen - die meisten davon sind auf menschliches Versagen zurückzuführen.

Zum Beispiel könnte heiße Asche von einer brennenden Zigarette das Benzin in Brand setzen, weshalb das Rauchen in der Nähe eines Benzinspenders in den meisten Ländern illegal ist. Es ist nicht illegal, den Motor des Autos laufen zu lassen, während Gas gepumpt wird, aber das bedeutet nicht, dass es eine gute Idee ist: Selbst kleinere Motorstörungen können Funken oder einen kurzen Flammenstoß erzeugen, der das Gas entzünden kann. Funken durch statische Elektrizität können ebenfalls eine Gefahr darstellen. Deshalb sollten Sie vor dem Betrieb der Pumpe den Fahrzeugrahmen berühren, um statische Aufladungen abzuleiten. Warten Sie auch an einem kalten Tag nicht im Auto, während das Gas gepumpt wird. Schon das Gleiten über den Autositz kann eine statische Aufladung erzeugen, die mit der beim Überqueren eines weichen Teppichs vergleichbar ist.

Wenn ein abwesender Kunde mit der noch im Tank eingesetzten Düse wegfährt, ist der Schlauch so konstruiert, dass er in zwei Teile zerbricht. Einer bleibt beim Auto und der andere beim Spender. Rückschlagventile auf beiden Seiten der Bruchstelle verhindern, dass Kraftstoff aus beiden Hälften austritt.

Wenn der Kunde den Pumpengriff von seinem Platz an der Seite des Spenders entfernt, aktiviert diese Aktion einen Schalter, der den Spenderbetrieb startet. (In einigen Fällen ist der Schalter federbelastet und wird automatisch aktiviert. In anderen Fällen muss der Kunde einen kleinen Hebel manuell anheben, um den Vorgang zu starten.) Zu diesem Zeitpunkt setzt der Kunde einfach die Düse in den Gastank des Fahrzeugs ein und zieht den Hebel . Ebenso einfach ist es, den Gasfluss zu stoppen - der Kunde muss nur den Hebel loslassen, um den Kraftstoffstrom zu unterbrechen.

Was aber, wenn sich der Tank unerwartet bis zum Rand füllt und das Benzin zu überlaufen droht? Wie jeder weiß, der jemals eine Zapfsäule betrieben hat, schaltet sich die Pumpe automatisch aus. Aber woher weiß die Pumpe, wann sie mit dem Pumpen aufhören muss??

Mit steigendem Gasstand im Tank wird der Abstand zwischen der Spenderdüse und dem Kraftstoff kleiner. Eine kleine Pfeife namens a Venturi läuft neben der Gasdüse. Wenn das Ende des Venturi-Rohrs in das aufsteigende Gas eingetaucht ist, drosselt es den Luftdruck, der den Düsengriff offen hält, und schließt den Gasstrom. Leider kann diese Abschaltung manchmal vorkommen, bevor der Tank voll ist, da sich das schnell strömende Gas auf seinem Weg in den Tank staut. Dies kann dazu führen, dass der Gasgriff vor Abschluss des Pumpvorgangs aufspringt und der verärgerte Kunde den Griff erneut zusammendrückt und die Möglichkeit eines Überlaufs besteht. Durch kurzes Anhalten kann das Gas weiter in den Tank gelangen und die Pumpendüse kann wieder Gas einfüllen.

Weitere Informationen zu Kraftstoff und Kraftstoffeffizienz finden Sie unter den Links auf der nächsten Seite.

Die Benutzeroberfläche

Dies ist der Teil der Gaspumpe, der sich im Laufe der Jahre am sichtbarsten entwickelt hat. Bis vor einigen Jahrzehnten haben rotierende Räder mit Ziffern die Anzahl der Gallonen und den Gaspreis während des Betriebs der Pumpe abgehakt. In den 1970er Jahren tauchten leuchtende LCDs in Form von Sieben-Segment-Displays auf. (Die Segmente in der Anzeige könnten vom Computer beleuchtet werden, um verschiedene Ziffern und gelegentlich Buchstaben des Alphabets zu bilden.) Diese relativ einfachen Benutzeroberflächen werden nach und nach durch vollwertige Computervideodisplays ersetzt, von denen viele unter Betriebssystemen wie Microsoft Windows ausgeführt werden. Diese Displays können Informationen liefern, die Menge des verkauften Gases anzeigen und sogar Werbung schalten und einfache Gespräche mit amüsierten Kunden führen.

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Quellen

• C. R. Newlin. Persönliches Interview. Durchgeführt am 22.06.2008.
• Mike Hardin. E-Mail-Interview. Durchgeführt am 23.06.2008.
• Wayne Division, Dresser Industries. "Wie Benzinausgabesysteme funktionieren." Teil Nr. 920061 Rev. A. Sept. 1995.