Im Blickfeld verborgene Technik: Zapfsäulen

Fragen Sie jemanden, der sich technisch nicht auskennt, wie ein Fernsehsignal funktioniert, wie ein Mobiltelefon funktioniert oder wie ein Zweiwegeschalter in einer Flurbeleuchtung funktioniert, und Sie werden wahrscheinlich entweder einen leeren Blick oder eine völlig unwahrscheinliche Erklärung erhalten. Aber es gibt Dinge, die so alltäglich sind, dass selbst die technisch versiertesten von uns nicht darüber nachdenken. Eines dieser Dinge ist die niedrige Zapfsäule.

Zapfsäulen gibt es überall und man kann mit Sicherheit davon ausgehen, dass jeder, der dies liest, schon einmal eine benutzt hat, meistens sogar regelmäßig. Aber was ist da wirklich los?

Das meiste davon ist ziemlich einfach herauszufinden. Wie der Name schon sagt, muss eine Pumpe vorhanden sein. Es gibt eine Möglichkeit festzustellen, wie viel gepumpt wird und wie viel es kostet, und heute auch eine Möglichkeit, die Zahlung entgegenzunehmen. Aber was ist mit der automatischen Abschaltung? Es ist keine aufwendige Elektronik verbaut, der Mechanismus ist Jahrzehnte alt. Außerdem handelt es sich um leicht brennbare Materialien, da muss mehr dahinterstecken als nur ein großer Benzintank und eine Pumpe. Sicherheit steht an erster Stelle und erfahrungsgemäß hören wir nicht, dass Tankstellen zwei- oder dreimal am Tag explodieren, daher muss es einige ziemlich robuste Sicherheitsmerkmale geben. Lassen Sie uns den stillen Sicherheitsfunktionen Tribut zollen und die Tricks des Benzinhandels erkunden.

Viele alte Zapfsäulen hatten manuelle Pumpen, einen großen Glastank oben und einen Siphonschlauch mit Absperrhahn. Wenn Sie beispielsweise 5 Gallonen wollten, pumpte der Tankwart das Gas aus dem unterirdischen Tank in den großen Glastank, auf dem Messmarkierungen angebracht waren. Sobald die erforderliche Menge vorhanden war, führte der Schlauch in Ihren Benzintank, der Tankwart öffnete den Absperrhahn und die Schwerkraft erledigte den Rest.

Seltsamerweise gab es die Zapfsäule schon vor dem Automobil. Sylvanus Bowser verkaufte bereits 1885 eine Pumpe, um Kerosin zu verkaufen, das in Lampen und Öfen verwendet wurde. In einigen Teilen der Welt wird eine Zapfsäule manchmal als Bowser bezeichnet, in den Vereinigten Staaten bedeutet dieser Begriff jedoch normalerweise einen Tankwagen für Flugzeuge.

Offensichtlich ist dies eine einfache Anordnung, die jedoch verbesserungswürdig ist. Aber mit der Verbreitung von Pumpstationen und Mikrocontrollern in Jahrzehnten mussten die Designer einige clevere elektromechanische Arbeiten ausführen, um eine funktionierende Pumpe zu entwickeln, die ohne Fachkenntnisse oder sogar vom Kunden selbst verwendet werden konnte.

Das Herzstück des Ganzen sind große unterirdische Tanks, in denen das Gas gespeichert ist. In regelmäßigen Abständen kommen LKWs vorbei und füllen diese Tanks wieder auf. Lustige Tatsache. Der Exxon-Lkw und der Texaco-Lkw erhalten ihr Benzin an derselben Stelle wie der Shell-Lkw. Dem Gas werden entweder am Terminal oder an der Anlieferungsstelle spezielle Zusatzstoffe beigemischt. Das ist es, was ein Benzin mit der gleichen Oktanzahl von den anderen Marken unterscheidet.

Die LKWs verfügen in der Regel über mehrere unterschiedliche Abteile. Eine für Normalbenzin, eine für Premium und eine für Diesel. Einige haben mehr Fächer. Allerdings gibt es in der Regel kein mittelwertiges Gas. Wenn Sie Mittelklasse-Benzin kaufen, mischen Sie eigentlich nur Normal- und Premiumbenzin direkt an der Zapfsäule. Dies wird mit einem Mischventil erreicht. Hierbei handelt es sich um zwei Ventile, die so verbunden sind, dass bei geöffnetem einen das andere proportional geschlossen wird, sodass der Gesamtdurchfluss immer 100 % beträgt. Wenn beispielsweise ein Ventil auf 100 % steht, ist das andere immer auf 0 %. Wenn Sie jedoch das erste Ventil auf 60 % drehen, steht das zweite Ventil auf 40 %. Dies ermöglicht die exakte Mischung zweier Kraftstoffe zu einer Zwischensorte.

Die Additive sind für moderne Motoren sehr wichtig. Im Jahr 2004 befürchteten die Autohersteller, dass einige Benzine nicht über genügend Detergentien verfügten, um die Bildung von Kohlenstoff wirksam zu verhindern. Bei höheren Verdichtungen, Direkteinspritzung und anderen modernen Motortechniken ist dies wichtiger denn je. Sie bildeten den TOP TIER-Standard, nach dem sich Gasproduzenten zertifizieren lassen konnten. AAA stellte fest, dass die Verwendung von TOP TIER-Gas weniger Ablagerungen im Motor verursachte als das Mindeststandardgas. Natürlich können Marken, die nicht zum TOP TIER gehören, gleich oder besser sein, sie werden nur nicht getestet.

Das Erstaunlichste an der Zapfsäule ist, dass sie – selbst mit alter Technik – irgendwie weiß, dass der Tank voll ist. Das Video unten von [BrainStuff] zeigt ein gutes Diagramm. In der Nähe des Endes der Düse befindet sich ein kleines Loch, dessen anderes Ende sich in der Nähe einer flexiblen Membran und eines Venturirohrs befindet.

Der Venturi-Effekt verursacht einen Druckabfall, wenn Sie eine sich bewegende Flüssigkeit komprimieren. Wenn Sie beispielsweise einen Gummischlauch in der Mitte zusammendrücken, steht das, was durch den Schlauch fließt, hinter dem zusammengedrückten Teil des Schlauchs unter einem niedrigeren Druck.

Vor dem Verlassen der Düse komprimiert ein schmaler Teil des Kraftstoffwegs im Griff den Kraftstoff, wodurch nach diesem Engpass ein Bereich mit niedrigerem Druck entsteht. Die Membran im Inneren des Griffs dehnt sich aus, weil der Umgebungsluftdruck (der durch das kleine „Sicherheits“-Rohrloch an der Spitze des Auslaufs eindringt) höher ist als der durch den Venturi-Effekt erzeugte Niederdruck-Kraftstoffbereich.

Wenn der steigende Kraftstoffstand das Loch an der Spitze verstopft, stoppt die Saugwirkung, die Membran kollabiert und das Kraftstoffventil springt mit einem lauten Klicken zu. Überhaupt keine Elektronik. Nur eine flexible Membran, ein Rohr, eine Feder und eine clevere Anordnung aller Teile.

Richard C. Corson entwickelte ursprünglich 1939 eine Version der automatischen Abschaltung und erhielt 1942 ein Patent. Er hatte bemerkt, dass Arbeiter Fässer einzeln füllen mussten, um ein Überfüllen zu vermeiden, und ließ sich von der Funktionsweise einer Toilette dazu inspirieren Überlegen Sie sich ein automatisches Ventil.

Benzin lässt sich nur schwer genau dosieren. Es gibt eine Membran, die den Durchfluss auf eine bekannte Geschwindigkeit beschränkt. Die Membran dehnt sich auch aus und verlangsamt sich, wenn Sie sich dem Punkt nähern, an dem die Pumpe abschaltet (z. B. wenn Sie Benzin im Wert von 10 $ angefordert haben). Bei der Dosierung selbst handelt es sich in der Regel um einen 4-Takt-Kolbendurchflussmesser, der Daten an die Bordsteuerung sendet. Früher trieb es nur die kleinen Zifferblätter an, die den Preis anzeigten. Kolbendurchflussmesser sind sehr genau. Das folgende Video von [Max Machinery] zeigt, wie sie funktionieren.

Gas hat bei 20 °C einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der mehr als viermal so groß ist wie der von Wasser. Wenn Sie Gas in großen Mengen kaufen, wird die Menge normalerweise temperaturabhängig kompensiert, und einige Länder wie Kanada haben dies auch auf Einzelhandelsebene getan.

Wenn Sie das nächste Mal Gas tanken, müssen Sie über etwas nachdenken. Es gibt eine Menge Technologie, für die jemand ein Experte ist, aber die meisten von uns halten sie einfach für selbstverständlich. Sie müssen zugeben, da steckt wahrscheinlich viel mehr dahinter, als Sie gedacht hätten.

Wenn Sie sich für den Venturi-Effekt interessieren, können Sie 3D-gedruckte Venturi-Rohre herstellen. Wenn Sie darüber nachgedacht haben, die Kraftstoffpumpe Ihres alten Autos zum Kühlen Ihres PCs zu verwenden, möchten Sie vielleicht noch einmal darüber nachdenken.