Benzinpumpe

Hintergrund

Eine Benzinpumpe wird verwendet, um Benzin in Kraftfahrzeuge abzugeben. Die Benzinpumpe entwickelte sich von einem einfachen Mechanismus zu einem ausgeklügelteren, spezialisierteren, als Autos populär wurden. Als Autos selten waren, füllten Autofahrer normalerweise einen Kanister mit Benzin aus einem Fass oder einem Tank in einem Baumarkt und kippten den Kanister dann in die Öffnung des Benzintanks des Autos. Dieser Vorgang war umständlich und unordentlich und möglicherweise gefährlich, da das Gas leicht aus dem Behälter austreten oder spritzen konnte. Die erste speziell für Benzin vermarktete Pumpe wurde von einer Kerosinpumpe adaptiert, die von Sylvanus Bowser aus Fort Wayne, Indiana, entwickelt wurde. Bowser hatte 1885 seine Kerosinpumpe entwickelt, und als er 1905 die Benzinversion – die „Self-Measuring Gasoline Storage Pump“ – auf den Markt brachte, war er der Verbrauchernachfrage noch etwas voraus. Bowsers Erfindung arbeitete mit einer manuellen Saugpumpe, die das Benzin über einen flexiblen Schlauch in das Auto abgab. Der 50-Gallonen-Metall-Lagertank in einem Holzschrank könnte am Straßenrand vor einem Geschäft aufgestellt werden.

Eine etwas frühere Erfindung war John Tokheims Pumpe mit Glaskuppel aus dem Jahr 1901 für Benzin oder Kerosin. Das Gas wurde aus einem Vorratstank in den Dom gepumpt. Der Verbraucher könnte die Menge visuell messen und dann ein Ventil loslassen, um das Gas durch ein Rohr und in den Gastank abzulassen. Ein Vorteil dieser Pumpe bestand darin, dass der Verbraucher das Gas inspizieren und sicherstellen konnte, dass der Verkäufer es nicht verfälscht hatte. Verwässerung war offenbar ein häufiges Problem, insbesondere wenn das Gas in einem unterirdischen Tank außer Sichtweite gelagert wurde. In den 1920er Jahren produzierten viele Hersteller ähnliche Zapfsäulen wie die von Tokheim und Bowser. Gemeinsame Merkmale waren handbetriebene Pumpen, Glasausgabebereiche, Messuhren – oft von fragwürdiger Zuverlässigkeit – und ein kugelförmiger Kopf auf der Oberseite der Pumpe, der ein Logo trägt. Benzin selbst war oft kein Markenname, sondern wurde von kleinen Händlern und Distributoren geliefert. Die Zapfsäulen waren knallig und dekorativ, sie verkündeten kühn ihren Markennamen, und die Fahrer schienen ihre bevorzugte Tankstelle nach der Zapfsäule auszuwählen und nicht nach der Zapfsäule. Dies kehrte sich Ende der 1920er Jahre um, als Gas zu einem Markenartikel wurde, der von großen Unternehmen wie Shell und Gulf verkauft wurde.

Die erste elektrische Zapfsäule kam 1923 auf den Markt. Weitere Verfeinerungen der Pumpentechnik betrafen vor allem die Anzeige der geförderten Gasmenge. Da die Glaskugel aufgegeben wurde, brauchten die Verbraucher eine andere Möglichkeit, um zu sagen, wie viel sie kauften. Ein Modell verwendete ein Zifferblatt mit sich drehenden Zeigern, ähnlich einer Uhr, um die ausgegebenen Gallonen anzuzeigen. Im Jahr 1933 brachte ein Hersteller in Fort Wayne, Indiana, eine Pumpe mit einem mechanischen Rechenwerk namens Variator auf den Markt. Der Variator verwendete ein rotierendes Zahlenrad, um anzuzeigen, wie viel Benzin gepumpt wurde, während ein zweites Rad den Preis anzeigte. Dies war der Vorläufer des heute verwendeten Systems, das es Verbrauchern leicht macht, Benzin im Wert von fünf Dollar zu kaufen, ohne Bruchteile von Gallonen berechnen zu müssen. Der Erfinder des Variators, die Wayne Oil Tank &Pump Company, lizenzierte seine Technologie an die meisten anderen Pumpenhersteller, und Ende der 1930er Jahre waren die rotierenden Räder im ganzen Land Standard.

Die Firma Tokheim, die eine der ersten Zapfsäulen überhaupt auf den Markt gebracht hatte, stellte 1975 den Nachfolger des Variators vor – elektronische Messung. Anstelle von Rädern, die sich drehten, berechnete ein elektronisches Innengerät die Menge und den Preis und zeigte diese Informationen auf einem kleinen Bildschirm an. Die heutige Pumpe verwendet praktisch das gleiche System, außer dass viele Pumpen auch andere anspruchsvolle Transaktionen verarbeiten können, wie beispielsweise die Belastung des Bankkontos des Benutzers.

Rohstoffe

In jeder Zapfsäule gibt es drei Grundsysteme:den Hydraulikteil, der die eigentliche Pumpvorrichtung beinhaltet; die Elektronik; und der Rahmen oder das Gehäuse. Die Hydraulik besteht in der Regel aus Grauguss oder Aluminiumguss. Synthesekautschuk kann auch im Hydraulikbereich für Dichtungen verwendet werden. Der Elektronikteil kann gedruckte Leiterplatten und Kunststoffteile verwenden. Das Außengehäuse der Pumpe besteht in der Regel aus Stahlblech oder Edelstahl.

Design

Zapfsäulen werden im Allgemeinen auf Semi-Custom-Basis hergestellt. Das heißt, obwohl viele Teile von Pumpe zu Pumpe praktisch gleich sein können, konstruiert der Hersteller einige Aspekte der Pumpe nach speziellen Kundenwünschen. Die Anzahl der Schläuche und deren Platzierung können ebenso variieren wie die Art und Ausgereiftheit der Elektronik und das Design des Gehäuses. Vor Beginn des Fertigungsprozesses müssen Ingenieure das Lastenheft für den jeweiligen Auftrag erstellen. Kundenspezifische Unterbaugruppen müssen möglicherweise bei Lieferanten bestellt und Maschinen müssen umgerüstet werden, um Teile gemäß der Konstruktion zu schneiden.

Der Herstellungsprozess
Prozess

Bei der Herstellung von Zapfsäulen werden drei Grundeinheiten zusammengesetzt:die Hydraulik, die Elektronik und das Gehäuse. Eine Zapfsäulenfabrik kann nicht alle drei Einheiten herstellen. Typischerweise werden einige Teile von einem Düsenhersteller gekauft und der Schlauch von einer Firma, die nur Schläuche herstellt. Die Elektronik kann an Subunternehmer vergeben werden, und der Zapfsäulenhersteller montiert und installiert nur diesen Teil. Angenommen, ein großer Hersteller fertigt die meisten seiner Teile im eigenen Haus, könnte dies ein typischer Prozess sein:

Herstellung der Hydraulik

• 1 Die elektromechanischen Geräte, die das Gas aus seinem Vorratstank zu Ihrem Auto bringen, bestehen normalerweise entweder aus Aluminiumguss oder Gusseisen. Das Eisen oder Aluminium wird geschmolzen und in Formen gegossen, dann abkühlen gelassen. Anschließend nehmen Arbeiter die Teile aus den Formen und reinigen sie durch Abrieb. Andere Teile können in einer Matrize gestanzt werden. Bleche werden einer Maschine zugeführt, die ein Stück in die gewünschte Form stanzt. Metallrohre werden in Maschinen eingelegt, die sie nach Vorgabe biegen. Arbeiter, die Schweißeisen verwenden, bauen kleinere Teile zu größeren zusammen. Bei der Herstellung der Hydraulik arbeiten in einer Zelle – eine Einheit von vielleicht vier bis 50 Arbeitern – Gruppen von Arbeitern, die in wenigen Fachkenntnissen geschult sind, um Teile in gleichbleibend hoher Qualität zu produzieren. Jede Zelle stellt spezifische Teile her, und die Teile werden dann an andere Zellen weitergegeben, die sich darauf spezialisiert haben, die Teile der Reihe nach zusammenzubauen.

Elektronikmontage

• 2 Die Elektronik einer Zapfsäule steuert das Display, das den Verbrauchern anzeigt, wie viel Gas gepumpt wird und was es kostet. Viele Pumpen verfügen auch über elektronische Scanner, die Kreditkarten lesen und das Konto des Kunden belasten können. Diese Geräte sind Mikroprozessoren, die denen ähnlich sind, die in Computern und Taschenrechnern verwendet werden. Der Elektronikhersteller produziert diese, indem er kleine, steife Stücke aus nichtleitendem Material – normalerweise Karton oder Keramik – durch einen Lötdrucker führt, der ein Muster von Leiterbahnen auf die Platine prägt. Andere Teile werden von Hand oder automatisch eingelegt und die Platine in einem Ofen erhitzt. Der Ofen schmilzt die vom Lötdrucker aufgetragene Lötpaste und schmiedet elektrische Verbindungen. Der Zapfsäulenhersteller tut dies vielleicht nicht, sondern kauft die Schaltung nach Vorgabe. Arbeiter im Zapfsäulenwerk können die Elektronik zusammenbauen, indem sie Teile zusammenschnappen oder löten. Diese Arbeiter werden, wie die Hydraulikarbeiter, typischerweise einer Zelle zugewiesen, die für den Pumpenkopf verantwortlich ist.

Ein typischer Gaspumpenmechanismus.

Gehäuse

• 3 Nachdem Hydraulik und Elektronik fertig sind, bringen Arbeiter die Teile in den Stallbereich der Anlage. Hier werden Türen, Paneele und Außenwände aus Stahlblech geschnitten. Diese werden dann zu einem Lackierbereich geschickt. Das Gehäuse wird von Werkern nach Kundenwunsch mit einem hochwertigen, korrosionsbeständigen Lack versehen. Die lackierten Teile werden zum Trocknen durch einen Ofen geschickt und anschließend gereinigt. Anschließend wird die Hydraulik am Elektronikkopf montiert und die gesamte Pumpe im Gehäuse untergebracht. Schläuche werden angebracht und Dichtungen oder Dichtungen angebracht. Die Gehäuseteile sind miteinander verschweißt oder mit Scharnieren befestigt. Das Gerät wird gereinigt und der Lack kann nachgebessert werden. Als nächstes wird das Gerät inspiziert und getestet und dann zur Installation an den Kunden gesendet.

Qualitätskontrolle

Arbeiter prüfen Zapfsäulen an vielen Stellen des Herstellungsprozesses auf Qualität. Werden Teile von Unterlieferanten bestellt, werden diese beim Eintreffen im Werk geprüft und geprüft. Auch Rohmaterialien wie der Stahl für das Gehäuse müssen auf die richtige Dicke und auf Unregelmäßigkeiten überprüft werden. Qualitätskontrollinspektoren überprüfen die Teile visuell, wenn sie vom Fließband aus den Zellen kommen. Wenn der gesamte Hydraulikteil der Zapfsäule montiert ist, wird er auf Dichtheit geprüft. Durch ihn kann Wasser oder Druckluft geleitet werden. Jede Undichtigkeit würde den Betrieb der Pumpe extrem beeinträchtigen, daher wird an dieser Stelle bei der Konstruktion sehr darauf geachtet, dass sie absolut leckfrei ist. In ähnlicher Weise wird der Elektronikteil der Pumpe, wenn er vollständig zusammengebaut ist, auf Genauigkeit getestet. Die Gewichte und Maße in der Pumpe müssen genau kalibriert sein. Nachdem die gesamte Pumpe zusammengebaut ist, wird sie erneut getestet. Ein Test ist ein Lauftest, bei dem die Maschine für eine bestimmte Anzahl von Stunden oder Tagen in Betrieb genommen und auf Fehler, insbesondere Undichtigkeiten, überprüft wird. Qualitätsprüfer führen auch einen sogenannten dielektrischen Widerstandstest durch. In diesem Fall wird ein Hochspannungsstrom durch die Verdrahtung geleitet. Eventuelle Fehler in der Elektrik werden durch diesen Test sichtbar gemacht. Jeder Zapfsäulenhersteller testet seine Produkte selbst, denn der Hersteller möchte seinen Kunden ein qualitativ hochwertiges Produkt zusichern. Externe Inspektoren, die für Underwriters Laboratory arbeiten, eine Agentur, die für eine Vielzahl von Elektroprodukten zuständig ist, führen auch Tests an Zapfsäulen durch. Pumpen, die Funkfrequenzen verwenden, um Fahrzeuge zu identifizieren, fallen auch in die Zuständigkeit der Federal Communications Commission (FCC), die ihre eigenen Tests durchführt.

Die Zukunft

Aktuelle Innovationen in der Zapfsäulentechnologie konzentrieren sich auf drei Hauptbereiche. Man erfüllt immer strengere Umweltstandards, insbesondere durch das Aufspüren von Lecks und das Eindämmen von Dämpfen. Ein zweiter Bereich, in dem neue Technologien eingesetzt werden, ist die Datensammlung. Dies bedeutet automatisierte Systeme, die den Kilometerzähler eines Fahrzeugs überprüfen und den Kraftstoffverbrauch aufzeichnen können, was für Fahrzeugflotten wie die von Speditionen, Polizei und Busunternehmen Komfort bietet. Die vielleicht faszinierendste neue Zapfsäulentechnologie ist die Roboterpumpe, die den Benzintank befüllt, während der Verbraucher im Auto sitzt.

Es wird eine Vielzahl von Vorrichtungen entwickelt, um bei der Abgabe von Gas verlorene Dämpfe zurückzugewinnen. Einige werden in den Schlauch und andere in die Düse gesteckt. Die Herausforderung besteht darin, Dampflecks zu verhindern, ohne die Geschwindigkeit zu verlangsamen, mit der das Gas gepumpt werden kann. Die neuesten Hightech-Düsen enthalten elektronische Sensoren, die Dampf- und Flüssigkeitslecks registrieren und die Pumpe automatisch abschalten, wenn der Gastank voll ist.

Für Besitzer von Fahrzeugflotten kommen neue Technologien ins Spiel. In einigen Teilen des Landes ist ein Versuchssystem im Einsatz, bei dem die Zapfpistole Informationen von einem im Kraftstofftank eines Fahrzeugs eingebauten Gerät lesen kann. Zwei Rahmenantennen, eine in der Düse und eine im Tank, kommunizieren bei Kontakt durch niederfrequente magnetische Induktion. Sobald der Fahrer mit dem Tanken beginnt, verbinden sich die Antennen und senden Informationen von einer im Auto montierten Elektronik an ein Terminal an der Tankstelle. Das System kann aufzeichnen, welches Fahrzeug der Flotte gerade betankt wird, wie viel Benzin es bekommt, wie viel Benzin kostet, wie viele Stunden das Auto gefahren wurde und was sein Kilometerstand anzeigt. Dies kann den Papierkram, der für die Wartung einer großen kommerziellen Flotte erforderlich ist, erheblich reduzieren. Ähnliche Technologien werden auch für einzelne Verbraucher erprobt. Der Verbraucher verwendet ein kleines radioähnliches Gerät, das an einem Schlüsselbund aufgehängt, wie eine Karte in einer Brieftasche getragen oder an einem Fenster befestigt werden kann. Die Zapfsäule trägt ein ähnliches Gerät, das ein niederfrequentes Funksignal aussendet. Wenn der Verbraucher vorfährt, liest die Zapfsäule die Karte oder den Anhänger, identifiziert den Kunden und belastet ein Konto mit dem gekauften Gas.

Die ersten vollrobotergesteuerten Zapfsäulen wurden 1997 an Verbrauchern getestet. Um die Roboterpumpe nutzen zu können, benötigt der Verbraucher einen Sender am Armaturenbrett des Fahrzeugs und einen speziell modifizierten Tankdeckel. Der Fahrer parkt das Auto an der Zapfsäule und gibt die benötigte Benzinmenge über eine Tastatur ähnlich der Tastatur eines Geldautomaten (ATM) ein. Die Pumpe liest die Marke und das Modell des Fahrzeugs vom Sender, ein Roboterarm findet dann den Benzintank und öffnet ihn mit Saugkraft. Dann führt der Roboter durch eine Klappe im Tankdeckel eine Düse ein und gibt Gas ab. Der gesamte Füllvorgang soll nur zwei Minuten dauern. Da dieser Prozess erfordert, dass die Fahrer zwei Modifikationen an ihren Autos vornehmen – den Sender am Armaturenbrett und den speziellen Tankdeckel – kann sich die Verwendung des Robotersystems langsam entwickeln.