-
Gemssch-Zapfeinrichtung zum Messen und Mischen zweier strömender Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft eine Gemisch-Zapfeinrichtung zum Messen und Mischen zweier
strömender Flüssigkeiten in beliebigen und veränderlichen Mischungsverhältnissen.
-
Ein Anwendungsgebiet für Gemisch-Zapfeinrichtungen sind beispielsweise
die Tankstellen für Kraftfahrzeuge. Bisher besitzen die Tankstellen üblicherweise
zwei Zapfsäulen mit je einem Treibstofftank, aus denen zwei Treibstoffarten ausgegeben
werden, von denen die eine, z. B. Benzin, eine mittlere Oktanzahl und die andere,
z. B. Benzin-Benzol-Gemisch, eine höhere Oktanzahl hat. Die Entwicklung im Motorenbau
hat in dem Bestreben nach einer Steigerung der Motorleistungen zu höher verdichteten
Motoren geführt, welche größere Anforderungen an die Klopffestigkeit der Treibstoffe
stellen, d. h. Treibstoffe mit hohen Oktanzahlen benötigen. Es ist daher das Bedürfnis
entsanden, an den Tankstellen drei oder mehrere verschiedene Treibstoffsorten abgeben
zu können. Der Einbau einer entsprechenden Anzahl weiterer Treibstofftanks und die
Aufstellung einer entsprechenden Anzahl weiterer Zapfsäulen ist sowohl äußerst kostspielig
als auch unrentabel. Darüber hinaus würde eine größere Anzahl von Tankwagen zur
Belieferung der Tankstellen erforderlich werden. Diese Nachteile lassen sich in
einfacher Weise dadurch vermeiden, daß an Stelle der beiden vorhandenen Zapfsäulen
oder zusätzlich zu diesen eine Zapfsäule mit einer Getnisch-Zapfeinrichtung aufgestellt
wird, welche mit den beiden Treibstofftanks verbunden wird, von denen der eine den
Treibstoff mit der niedrigsten erforderlichen Oktanzahl und der andere einen wertvollen
Treibstoff mit der höchsten Oktanzahl enthält. Durch Mischen der beiden Treibstoffe
in der Gemisch-Zapfeinrichtung können dann aus dieser Kraftstoffgemische mit einem
beliebigen Mischungsverhältnis, entsprechend der gewünschten Oktanzahl, d. h. entsprechend
der gewünschten Klopffestigkeit, ausgegeben werden.
-
Es ist eine Einrichtung zum Messen und Mischen zweier strömender Flüssigkeiten
in beliebigen und veränderlichen Mischungsverhältnissen bekannt, bei der die Einstellung
der Mischungsverhältnisse durch verstellbare Drosselorgane erfolgt, die in den Leitungen
für die beiden Flüssigkeiten angeordnet sind. Die beiden Flüssigkeiten werden diesen
Drosselorganen mit einander gleichem Druck zugeführt. Zur Angleichung der Drücke
der beiden Flüssigkeiten ist vor den Drosselorganen ein Druckangleicher angeordnet,
der mit Drosselventilen und einem Steuerorgan versehen ist. Das bewegliche Steuerorgan
steht auf seiner einen Seite unter dem Druck der einen Flüssigkeit und auf seiner
anderen Seite unter dem Druck der anderen Flüssigkeit, so daß es bei unterschiedlichen
Flüssigkeitsdrücken nach der einen oder nach der anderen Seite bewegt wird. Diese
Bewegung überträgt das Steuerorgan auf die Drosselventile, welche in den beiden
Flüssigkeitsleitungen vor dem Steuerorgan angeordnet sind und derart mit dem Steuerorgan
kraftschlüssig verbunden sind, daß die Flüssigkeit mit dem größeren Druck stärker
und die Flüssigkeit mit dem kleineren Druck schwächer gedrosselt wird.
-
Diese bekannte Gemisch-Zapfeinrichtung besitzt den Nachteil, daß sie
nicht den hohen Anforderungen genügt, die heute an die Genauigkeit und Zuverlässigkeit
derartiger Einrichtungen gestellt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
diesen Nachteil zu beseitigen und eine Gemisch-Zapfeinrichtung zu schaffen, die
sich -durch größte Genauigkeit und höchste Zuverlässigkeit auszeichnet.
-
Um Mischungsverhältnisse zu erzielen, die genau der jeweiligen Einstellung
der Drosselorgane entsprechen, welche in den beiden Flüssigkeitsleitungen angeordnet
sind, muß die eine Flüssigkeit dem zugehörigen Drosselorgan mit einem Druck zugeführt
werden, der stets genau so groß ist wie der Druck, mit dem die andere Flüssigkeit
in das zugehörige andere Drosselorgan eintritt. Bei der bekannten Vorrichtung soll
dies durch den vorstehend beschriebenen Druckangleicher mit Drosselventilen und
einem Steuerorgan erfolgen, welcher vor den beiden Drosselorganen angeordnet ist,
die der Einstellung der Mischungsverhältnisse dienen. Es wurde nun gefunden, daß
auf die beiden Seiten des Steuerorgans nicht nur die einander anzugleichenden statischen
Drücke der beiden Flüssigkeiten einwirken. Vielmehr wird das Steuerorgan auch von
Strömungsdrücken beeinffüßt, welche durch die auf den beiden Seiten des Steuerorgans
strömenden Flüssigkeiten hervorgerufen werden. Diese auf den beiden Seiten des Steuerorgans
wirkenden Massenkräfte
sind aber nicht stets gleich groß, sondern
starken Schwankungen unterworfen. Wenn nämlich bei konstanter Einstellung der Drosselorgane
das Flüssigkeitsgemisch mit wechselnder Geschwindigkeit gezapft wird und dementsprechend
auch die Strömungsgeschwindigkeiten und Strömungsdrücke der beiden Flüssigkeiten
auf den beiden Seiten des Steuerorgans schwanken, verändert sich auch die Differenz
zwischen den beiden Strömungsdrücken. Wenn das Mischungsverhältnis verändert wird,
verändern sich auch die Strömungsgeschwindigkeiten der beiden Flüssigkeiten und
die Differenz zwischen den beiden Strömungsdrücken. Die Einwirkung der schwankenden
Strömungsdrücke auf das Steuerorgan beeinträchtigt die Genauigkeit der bekannten
Gemisch-Zapfeinrichtung, cla die von den schwankenden Strömungsdrücken verursachte
Verstellung des Steuerorgans von diesem auf die Drosselventile übertragen wird,
so daß die beiden Flüssigkeiten den Drosselorganen nicht mit einander gleichem Druck
zuströmen.
-
Gemäß der Erfindung wird der Einfluß der Ströinungsdrücke in der Weise
ausgeschaltet, daß in dem Druckangleicher die auf das Steuerorgan einwirkende Flüssigkeit
durch eine mit Bohrungen versehene Trennwand von der strömenden Flüssigkeit getrennt
ist. Unabhängig von der Geschwindigkeit, mit der das Gemisch gezapft wird, und unabhängig
von dem eingestellten Mischungsverhältnis werden die beiden Flüssigkeiten mit einander
gleichem Druck den Drosselorganen zugeführt, so daß eine große Genauigkeit der Zapfeinrichtung
gewährleistet wird.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden hinter den Drosselorganen
in den beiden Flüssigkeitsleitungen Rückschlagventile angeordnet, und bei Drucklosigkeit
auf der einen Seite des Steuerorgans des Druckausgleichers wird von dem Drosselventil
in der zu der anderen Seite des Druckangleichers führenden Flüssigkeitsleitung diese
Leitung verschlossen. Auf diese Weise wird erreicht, daß beim Ausbleiben der einen
Flüssigkeit die andere Flüssigkeit nicht rückwärts in die Leitung der einen Flüssigkeit
strömen kann und dadurch die Wirkung des Steuerorgans nicht aufheben kann. Wenn
daher die eine Flüssigkeit ausbleibt, z. B. weil der Tank leer ist oder weil die
Pumpe versagt oder aus irgendeinem anderen Grunde, wird das Drosselventil in der
anderen Flüssigkeitsleitung von dem Steuerorgan geschlossen, so daß die andere Flüssigkeit
ganz abgesperrt ist. Hierdurch wird in zuverlässiger Weise eine Genauigkeit und
Zuverlässigkeit der Gemisch-Zapfeinrichtung auch bei Störungen der vorgenannten
Art gewährleistet, und es wird vermieden, daß an Stelle des eingestellten Gemisches
nur eine der beiden Flüssigkeiten ausgegeben wird. Die beiden Rückschlagventile
können derart ausgebildet werden, daß sie den beiden Flüssigkeiten den gleichen
oder annähernd gleichen Widerstand entgegensetzen, jedoch sind Abweichungen ohne
Einfuß auf die Genauigkeit der Gemisch-Zapfeinrichtung, da sie durch die Eichung
der Drosselorgane ausgeschaltet werden.
-
Die beiden Flüssigkeiten müssen an der Einmündung der beiden Flüssigkeitsleitungen
in eine gemeinsame Leitung derart zusammengeführt werden, daß der eine Flüssigkeitsstrom
den anderen Flüssigkeitsstrom nicht behindert oder einen Druck auf den anderen Flüssigkeitsstrom
ausübt, da hierdurch das eingestellte Mischungsverhältnis beeinfußt werden würde
und die Genauigkeit der Gemisch-Zapfeinrichtung beeinträchtigt würde. Dies wird
erfindungsgemäß in der Weise erreicht, daß an der Stelle der Vereinigung der beiden
Flüssigkeiten die eine Flüssigkeitsleitung mit einem koaxial und konzentrisch in
der anderen Flüssigkeitsleitung angeordneten Rohrstutzen endet. Auf diese Weise
wird eine geringe Ejektorwirkung erzielt, so daß der stärkere Flüssigkeitsstrom
den schwächeren Flüssigkeitsstrom mitnimmt.
-
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel vier Gemisch-Zapfeinrichtung
nach der Erfindung dargestellt, und zwar in der Anwendung bei einer Tankstelle.
-
Die eine Flüssigkeit ist in einem Tank 1 a gelagert und kann aus einer
Zapfsäule 2 a ausgegeben werden, die andere Flüssigkeit ist in einem Tank 1 b gelagert
und kann aus einer Zapfsäule 2 b ausgegeben werden. Um Gemische der beiden Flüssigkeiten
herstellen und ausgeben zu können, ist zwischen den beiden Zapfsäulen
2 a und 2 b eine Gemisch-Zapf einrichtung nach der Erfindung angeordnet.
Die Gemisch-Zapfeinrichtung ist mit einem 'Motor 3 versehen, welcher eine Pumpe
4 a, die mit dem Tank 1 a verbunden ist, und eine Pumpe 4 b, die mit dem Tank 1
b verbunden ist, antreibt. Von den Pumpen4a und 4b werden die beiden Flüssigkeiten
durch eine Ansaugleitung 5a bzw. 5 b und durch Filter 6 a bzw. 6 b angesaugt. Um
beim Stillstand der Pumpen ein Zurückfließen der beiden Flüssigkeiten in die Tanks
zu verhindern, sind die Filter 6 a und 6 b mit einem Rückschlagventil
7 ca bzw. 7 b versehen. Auf der Austrittsseite der beiden Pumpen sind Überdruckventile
8 a und 8 b angeordnet, durch die die Flüssigkeiten in die Filter 6 a und 6 b zurückströmen
können. An die beiden Pumpen 4a und 4 b schließen sich Entlüfter 9 a und 9 b an,
aus denen die aus den Flüssigkeiten abgeschiedenen Luft- und Gasblasen durch Leitungen
10 d bzw. 10 b in die Tanks 1 a und 1 b zurückgeführt werden.
-
Von den Entlüftern 9 a und 9 b strömen die beiden Flüssigkeiten durch
Leitungen 11 a und 11 b zu einem Druckangleicher 12. Dieser besitzt ein Steuerorgan
13, das aus einem Kolben besteht, der in einem Zylinder 14 gelagert ist. An Stelle
des Kolbens 13 kann auch eine Membran od. dgl. als Steuerorgan verwendet werden.
Auf der einen Seite des Steuerorgans 13 ruht der Druck der einen Flüssigkeit und
auf seiner, anderen Seite der Druck der anderen Flüssigkeit, so daß das Steuerorgan
bei unterschiedlichen Flüssigkeitsdrücken nach der einen oder nach der anderen Seite
bewegt wird. Vor dem Steuerorgan 13 sind in den beiden Flüssigkeitsleitungen 11
a und 11 b Drosselventile 15a. und 15b angeordnet mit einem gemeinsamen
Ventilkörper 15 c, der als Kolbenschieber ausgebildet ist. Das Steuerorgan 13 ist
mit dein Ventilkörper 15 c durch ein Gestänge 16 kraftschlüssig verbunden. Bei unterschiedlichen
Flüssigkeitsdrücken in dem Druckangleicher 12 wird daher die Bewegung des Steuerorgans
13 auf den Ventilkörper 15 c der beiden Drosselventile 15a und 15b übertragen,
so daß die Flüssigkeit mit dem größeren Druck stärker und die Flüssigkeit mit dem
kleineren Druck schwächer von den beiden Drosselventilen gedrosselt wird. Auf diese
Weise stellt der Druckangleicher 12 einen gleichen Druck in beiden Flüssigkeitsströmen
her. Die Drosselventile 15a, und 15b können auch je mit einem eigenen Ventilkörper
an Stelle des gemeinsamen Ventilkörpers 15 c versehen werden, wobei der eine Ventilkörper
mit der einen Seite des Steuerorgans 13 und der andere Ventilkörper mit der anderen
Seite des Steuerorgans kraftschlüssig verbunden wird.
-
Auf beiden Seiten des Steuerorgans 13 ist eine Trennwand 17 a bzw.
17 b mit Bohrungen 18 a bzmcu. 18b angeordnet. welche die in dem Raum 19 a bzw.
19b befindliche und auf das Steuerorgan 13 einwirkende
Flüssigkeit
von der in dem Raum 20 a, bzw. 20 b strömenden Flüssigkeit trennt. Durch die Bohrungen
18a bzw. 18 b stehen der Raum 19 a mit dem Raum 20 a und der Raum 19 b mit dem Raum
20 b in Verbindung. Der Strömungsdruck der strömenden Flüssigkeiten kann daher nicht
auf das Steuerorgan 13 einwirken.
-
Aus dein Druckangleicher 12 strömen die beiden Flüssigkeiten mit einander
gleichen Drücken in Leitungen 21 a und 21 b, in denen Drosselorgane 22 a und 22b
mit einem gemeinsamen Ventilkörper 22c angeordnet sind. Durch Verstellung des Ventilkörpers
22c mittels eines Handhebels 23 werden die Querschnitte in den Drosselorganen 22
a und 22 b verändert und auf diese Weise das gewünschte Mischungsverhältnis der
beiden Flüssigkeiten eingestellt. Der Ventilkörper22c kann mit einem Zeiger versehen
werden, der über eine Skala gleitet, welche die Mischungsverhältnisse oder die Oktanzahl
des eingestellten Gemisches angibt. Die beiden Drosselorgane 22a und
22 b können auch je mit einem eigenen Ventilkörper an Stelle des gemeinsamen
Ventilkörpers 22c versehen werden.
-
Hinter den beiden Drosselorganen22a und 221) sind in den beiden Leitungen
21a und 21b Rückschlagventile24a und 24b angeordnet. Die Ventilkörper fallen durch
ihr eigenes Gewicht auf die Ventilsitze und werden beim Zapfen von den Flüssigkeiten
angehoben. Beide Ventilkörper besitzen das gleiche Gewicht. Bleibt nun eine der
beiden Flüssigkeiten. beispielsweise die Flüssigkeit in der Leitung 11 b, aus, so
schließt sich das Rückschlagventil 24 b und die andere Flüssigkeit kann aus ihrer
Leitung 21 a nicht in die Leitung 21b der" einen Flüssigkeit strömen. Infolgedessen
wird in dem Raum 19 b kein Druck auf die eine Seite des Steuerorgans 13 ausgeübt.
Unter (lein Druck der anderen Flüssigkeit in dem Raum 19a wird daher das Steuerorgan
13 verschoben und das Drosselventil 15a geschlossen, so daß auch die Leitung 11
a. verschlossen ist. Beim Ausbleiben der einen Flüssigkeit sperrt sich somit die
andere Flüssigkeit selbst ab.
-
Die Leiturig 21a führt in die Leitung 21b hinein und endet in einem
Rohrstutzen 25, welcher koaxial und konzentrisch in der Leitung 21b angeordnet ist.
Es entstehen daher keine Rückdrücke beim Zusammenfließen der beiden Flüssigkeiten
und keine Beeinflussungen des eingestellten Mischungsverhältnisses. Vielmehr tritt
eine geringe Ejektorwirkung ein, wodurch der stärkere Flüssigkeitsstrom den schwächeren
Flüssigkeitsstrom mitnimmt und ein guter Zusammenfluß der beiden Flüssigkeiten erzielt
wird. Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform besitzt die äußere
Leitung 21b an der Stelle der Zusammenführung mit der Leitung 21a. ein gerades Stück,
dessen Länge dem dreifachen Durchmesser der Leitung 21b entspricht, und der koaxial
und konzentrisch in dieseln geraden Stück der Leitung 21b angeordnete innere Rohrstutzen
25 ragt in die ersten beiden Drittel der Länge des geraden Stückes der Leitung 21b
hinein. Das Flüssigkeitsgemisch strömt sodann durch eine Leitung 26, durch einen
Mengenmesser 27, der von der Flüssigkeit getrieben wird und ein Zählwerk 28 betätigt,
und durch ein Schauglas 31 und einen Zapfschlauch 29 zu einer Zapfpistole 30.
-
Die Gemisch-Zapfeinrichtung nach der Erfindung zeichnet sich durch
völlige Zuverlässigkeit und größte Genauigkeit aus. Die große Genauigkeit wird auch
dann erzielt, wenn die beiden Flüssigkeiten nicht in annähernd gleichem Verhältnis
miteinander gemischt werden, sondern wenn eine kleine Menge der einen Flüssigkeit
einer großen Menge der anderen Flüssigkeit bei einer entsprechenden Einstellung
der Drosselorgane 22a und 22b beigemischt wird. Ferner wird diese
große Genauigkeit sowohl bei großer Zapfgeschwindigkeit, d. h. bei ganz geöffneter
Zapfpistole 30, als auch bei geringer Zapfgeschwindigkeit erzielt, wenn die Zapfpistole
30 nur etwas geöffnet ist.
-
Die in dem Ausführungsbeispiel dargestellte Gemisch-Zapfeinrichtung
ist vornehmlich zum Mischen zweier Flüssigkeiten in einem bestimmten Mischungsverhältnis
geeignet. wobei das Mischungsverhältnis an den Drosselorganen 22a und 22
b einmal eingestellt und sodann nicht mehr verändert wird. Sollen fortlaufend
bei jedem Zapfvorgang andere Mischungsverhältnisse ausgegeben werden, so können
an die Leitungen 21 a. und 21 b zwei Zapfschläuche 29 angeschlossen werden, welche
erst kurz vor oder in der Zapfpistole 30 zusammengeführt werden. Dabei kann der
eine Zapfschlauch mit einem koaxial und konzentrisch in dem anderen Zapfschlauch
bzw. in der Zapfpistole angeordneten Rohrstutzen 25 enden. An Stelle des einen Mengenmessers
27 mit Zählwerk 28 können dann zwei Messer mit Zählwerk in den Leitungen 11 a und
11 b angeordnet werden oder beispielsweise auch zwischen die Leitungen 21 a bzw.
21 b und die beiden Zapf schläuche 29 geschaltet werden. Auf diese Weise wird dann
erreicht, daß bei Beginn eines Zapfvorganges von Anfang an ein Gemisch mit dem eingestellten
Mischungsverhältnis ausgegeben wird.
-
Es können auch mehrere Flüssigkeiten miteinander gemischt werden,
indem zunächst zwei Flüssigkeiten mit Hilfe einer ersten Einrichtung miteinander
gemischt werden und sodann das Gemisch mit Hilfe einer zweiten Einrichtung mit einer
dritten Flüssigkeit gemischt wird usw. Desgleichen können auch zwei Flüssigkeiten
mit Hilfe einer ersten Einrichtung, zwei weitere Flüssigkeiten mit Hilfe einer zweiten
Einrichtung gemischt werden und sodann die beiden Gemische mit Hilfe einer dritten
Einrichtung gemischt werden usw.
-
Die Gemisch-Zapfeinrichtung nach der Erfindung eignet sich selbstverständlich
nicht nur zuln Mischen von Treibstoffen, sondern zum Mischen von Flüssigkeiten aller
Art.