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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vakuumpumpe zur Absaugung explosionsfähiger Kraftstoffdampf-Luft-Gemische für Gasrückführeinrichtungen von Abgabeeinrichtungen an Tankstellen, mit einer Einlassleitung und einer Auslassleitung, eine mit der Einlassleitung und der Auslassleitung verbundenen Arbeitsbereich sowie zumindest einer Flammendurchschlagsicherung.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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In vielen Ländern ist durch gesetzliche Regelungen vorgeschrieben, Benzindämpfe in Lagertanks zurückzuführen, die ansonsten beim Betanken eines Autos frei werden würden. Hierzu sind Gasrückführsysteme in Zapfsäulen zu installieren. Als Systeme mit hohem Wirkungsgrad haben sich aktive Gasrückführsysteme herausgebildet, bei denen eine störungsfrei arbeitende Gasrückführpumpe eine maßgebliche Komponente darstellt. Derartige Gasrückführpumpen – auch als Vakuumpumpen bezeichnet – sind üblicherweise als Kolbenpumpen ausgelegt und arbeiten in einem intermittierenden Betrieb.
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Das bei der Rückführung entstehende Kraftstoffdampf-Luft-Gemisch kann explosions- bzw. detonationsfähig sein, sodass aufgrund gesetzlicher Vorschriften zwischen dem Zapfventil an der Zapfsäule und dem Lagertank Explosionssicherungen bzw. Detonationssicherungen vorgesehen sein müssen. Diese sollen bei einer Zündung des Gemisches am Zapfventil einen Flammendurchschlag bei einer Deflagration oder bei einer stabilen Detonation eines solchen explosionsfähigen Dampf-Luft-Gemisches verhindern.
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Derartige Flammendurchschlagsicherungen sind üblicherweise in einer der zu dem Lagertank führenden Leitungen angeordnet und entsprechend zylindrisch gestaltet. Je nach Volumenstrom sind hierbei unterschiedliche Bauarten bekannt. Bei der angesprochenen Verwendung bei der Rückführung von Kraftstoffdampf-Luft-Gemischen kann dabei üblicherweise eine sogenannte Bandsicherung eingesetzt werden. Bei der Herstellung einer Bandsicherung werden ein flacher und ein gewellter Blechstreifen um eine gemeinsame Achse gewickelt. Durch die Wellenform des einen Blechstreifens entstehen eng nebeneinanderliegende Kanäle entlang der gemeinsamen Wickelachse, die von dem zu fördernden Medium durchströmt werden. Bei einer Deflagration führen diese Kanäle zu einem Erlöschen der Flamme.
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Problematisch bei dieser Herstellungsweise ist einerseits die Sicherstellung einer gleichförmigen Weite jedes Kanals und einer gleichförmigen Verteilung über die gesamte durchströmte Fläche. Dies stellt hohe Anforderungen an die Herstellung, was in relativ hohen Herstellungskosten resultiert. Andererseits ist durch die Wickeltechnik eine zentral angeordnete Fläche undurchströmbar, da dort die Drehwelle für die Wickelherstellung angeordnet ist und dort auch ein Rest der Drehwelle nach dem Herstellungsvorgang verbleibt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vakuumpumpe zur Absaugung explosionsfähiger Kraftstoffdampf-Luft-Gemische anzugeben, welche die genannten Probleme vermeidet.
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Die Aufgabe wird durch eine Vakuumpumpe gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe zur Absaugung explosionsfähiger Kraftstoffdampf-Luft-Gemische für Gasrückführeinrichtungen von Abgabeeinrichtungen an Tankstellen weist eine Einlassleitung und eine Auslassleitung, einen mit der Einlassleitung und der Auslassleitung verbundenen Arbeitsbereich sowie eine Flammendurchschlagsicherung mit einer Vielzahl an Kanälen auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Flammendurchschlagsicherung ein keramisches Material umfasst.
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Die Ausbildung der Flammendurchschlagsicherung aus einem keramischen Material bietet die Möglichkeit, beispielsweise die Kanäle wesentlich freier anzuordnen und somit eine bessere Ausnützung der zur Verfügung stehenden Fläche zu erreichen. Insgesamt lässt sich somit für die Flammendurchschlagsicherung bei einer freien Durchgangsfläche, die vergleichbar mit der einer herkömmlich hergestellten Flammendurchschlagsicherung ist, ein wesentlich kostengünstigeres Herstellungsverfahren realisieren.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Flammendurchschlagsicherung einen zylindrischen Grundkörper aufweist. Somit kann die Flammendurchschlagsicherung leicht in eine Leitung integriert werden.
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Vorteilhafterweise verlaufen die Kanäle entlang einer Längsachse des zylindrischen Grundkörpers.
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Die Öffnungen der Kanäle können an einer oder beiden Stirnseiten des zylindrischen Grundkörpers angeordnet sein.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Öffnungen der Kanäle über die gesamte Stirnseite verteilt sind. Um eine ausreichende Gesamtstabilität des Bauelements zu erreichen, kann ein Randbereich eine größere Wandstärke als die Kanäle aufweisen. Dies ermöglicht eine optimierte Ausnützung der zur Verfügung stehenden Fläche, insbesondre im Unterschied zu herkömmlichen Flammendurchschlagsicherungen.
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Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Öffnungen der Kanäle regelmäßig angeordnet sind. Beispielsweise können die Öffnungen in einer Zeilen-Spalten-Anordnung, auch mit gegeneinander versetzten Zeilen/Spalten angeordnet sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Sichtprüfung auf Qualitätsmängel.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Flammendurchschlagsicherung in der Einlassleitung, der Auslassleitung und/oder einer der Einlassleitung oder Auslassleitung verbundenen Leitung angeordnet ist. Besonders vorteilhaft kann es sein, wenn die Flammendurchschlagsicherung baulich in das Gehäuse der Vakuumpumpe integriert ist.
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Die Flammendurchschlagsicherung kann mittels eines Sinterverfahrens hergestellt sein und somit keine Porosität aufweisen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht eines Zapfsystems mit Gasrückführsystem mit einer Vakuumpumpe gemäß der Erfindung;
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2 eine perspektivische Darstellung eines ersten Bauelements für eine Flammendurchschlagsicherung;
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3 eine Querschnittsansicht der Flammendurchschlagsicherung der 2, eingebaut in eine Leitung; und
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4 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Bauelements für eine Flammendurchschlagsicherung.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1. Grundlegender Aufbau eines Zapfsystems
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer Abgabeeinrichtung in Form eines Zapfsystems 10. Das Zapfsystem 10 umfasst einen zumeist unterirdisch angeordneten Lagertank 12, in dem Kraftstoff 14 in flüssiger Form gelagert ist. Oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels 16 des Kraftstoffs 14 bildet sich Kraftstoffdampf 17.
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Innerhalb einer Zapfsäule 18 ist eine Kraftstoffpumpe 20 angeordnet, die über eine Kraftstoffentnahmeleitung 22 mit dem Lagertank 12 verbunden ist. Die Kraftstoffpumpe 20 ist weiter über eine Kraftstoffabgabeleitung 24 mit einem Kraftstoffabgabeschlauch 26 verbunden. Der Kraftstoffabgabeschlauch 26 ist über einen Adapter 36 mechanisch und leitungsbezogen mit der Zapfsäule 18 verbunden. In die Kraftstoffabgabeleitung 24 ist ein Durchflussmengenmesser 27 zur Ermittlung der abgegebenen Durchflussmenge eingebunden.
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Über den Kraftstoffabgabeschlauch 26 besteht eine Verbindung zu einem zu betankenden Kraftfahrzeug 28, insbesondere zu dessen Kraftstofftank 30. Der Kraftstoffabgabeschlauch 26 weist ein Zapfventil bzw. eine Zapfpistole 32 zur Regulierung der Abgabemenge auf.
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Für eine Abgabe einer bestimmten Kraftstoffmenge an der Kraftstofftank 30 wird über die Zapfpistole 32 der Abgabevorgang initiiert und in der Regel manuell gesteuert. Die Kraftstoffpumpe 20 baut für den Abgabevorgang einen Förderdruck auf und fördert aus dem Lagertank 12 den Kraftstoff 14 über die Kraftstoffentnahmeleitung 22 und die Kraftstoffabgabeleitung 24 in den Kraftstoffabgabeschlauch 26. Über die Zapfpistole 32 gelang der Kraftstoff 14 in den Kraftstofftank 30. Ein bei diesem Vorgang in dem Kraftstofftank 30 des Fahrzeugs 28 freiwerdender Kraftstoffdampf wird über die Gasinnenleitung 34 in dem Kraftstoffabgabeschlauch 26 rückgewonnen.
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Zu diesem Zweck weist das in 1 dargestellte Zapfsystem 10 ein Gasrückführsystem auf, das im Folgenden erläutert werden wird.
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2. Aufbau des Gasrückführsystems
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Der Kraftstoffabgabeschlauch 26 ist mit einer koaxialen angeordneten Gasinnenleitung 34 versehen. In 1 ist diese Gasinnenleitung 34 lediglich symbolisch in dem Kraftstoffabgabeschlauch 26 dargestellt. Eine entsprechende Leitung verläuft aber auch durch die Zapfpistole 32, ist aber aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht explizit dargestellt.
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Ein über die Zapfpistole 32 und die Gasinnenleitung 34 abgesaugter Kraftstoffdampf wird über den Adapter 36 zu einer ersten Gasrückführleitung 38 und eine zweite Gasrückführleitung 39 dem Lagertank 12 zugeführt. Den für die Absaugung erforderlichen Unterdruck stellt eine Gasrückführpumpe bzw. Vakuumpumpe 40 bereit, die in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls in der Zapfsäule 18 angeordnet ist. Selbstverständlich könnte die Vakuumpumpe 40 auch an anderer Stelle untergebracht sein.
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Die Vakuumpumpe 40 weist eine Einlassleitung 42, eine Auslassleitung 44, einen mit der Einlassleitung 42 und der Auslassleitung 44 verbundenen Arbeitsbereich 46 sowie eine erste Flammendurchschlagsicherung 48 in der Einlassleitung 42 und eine zweite Flammendurchschlagsicherung 49 in der Auslassleitung 44 auf. Die Vakuumpumpe 40 mit den beiden Flammensperren 48, 49 ist als Ganzes gemäß den Explosionsschutzrichtlinien formell als Flammensperre zulassbar, so dass eine weitere dritte Flammensperre entfallen kann.
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Die Vakuumpumpe 40 kann beispielsweise einen auf die Abgabemenge an Kraftstoff ausgerichteten Volumenstrom herstellen, der beispielsweise durch geeignet ansteuerbare mechanische oder elektrische Proportionalventile in der Zapfpistole 32 oder/und zwischen Adapter 36 und Vakuumpumpe 40 einstellbar bzw. regelbar ist. Beispielsweise kann ein Kraftstoff-Kraftstoffdampf-Verhältnis von 1:1 einstellbar sein.
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Die Vakuumpumpe 40 kann beispielsweise als Kolbenpumpe mit einem Riemenantrieb oder einem integrierten Direktantrieb oder/und in einzylindrischer oder zweizylindrischer Bauweise ausgeführt sein, wie es im Stand der Technik hinlänglich bekannt ist.
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Um im Falle einer Zündung des Kraftstoffdampf-Luft-Gemisches, das über das Gasrückführungssystem zurückgefördert wird, ein Durchzünden bis zum Lagertank 12 oder ein Ausbreiten einer Druckwelle zu verhindern, ist eine Flammendurchschlagsicherung vorgesehen. Diese kann an verschiedenen Stellen in dem Gasrückführsystem angeordnet sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine solche Flammendurchschlagsicherung 48 in der Vakuumpumpe 40, genauer in die Einlassleitung 42 der Vakuumpumpe 40, integriert.
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3. Flammendurchschlagsicherung
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In den 2–4 sind zwei alternative Ausführungsformen einer Flammendurchschlagsicherung 48 dargestellt. Hier und im Folgenden bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Merkmale.
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2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine Flammendurchschlagsicherung 48, die aus einem einzigen Stück Sinterkeramik hergestellt ist. Alternativ sind auch Ausführungsformen denkbar, bei denen mehrere keramische Teilelemente zu einer Flammendurchschlagsicherung 48 kombiniert werden. Der Grundkörper der Flammendurchschlagsicherung 48 ist zylindrisch und erstreckt sich entlang einer Längsachse A. Es verläuft eine Vielzahl an Kanälen 50 von einer Stirnseite 52 des Zylindergrundkörpers zu der gegenüberliegenden Stirnseite 54.
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3 zeigt in einer Schnittdarstellung entlang der Linie III-III in 2 eine Anordnung der Flammendurchschlagsicherung 48 in der Einlassleitung 42, in der der Verlauf der Kanäle 50 erkennbar ist. Die Flammendurchschlagsicherung 48 selbst ist in der Einlassleitung 42 so angeordnet, dass die Längsachse A des Zylindergrundkörpers im Wesentlichen parallel zu der Einlassleitung 42 verläuft.
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Die im Inneren des Grundkörpers verlaufenden Kanäle 50 sind ebenfalls parallel zu der Achse A ausgerichtet und voneinander durch Stege 56 (siehe 2) getrennt. Die Weite und die Länge der Kanäle 50 sind so gewählt, dass eine wirksame Flammendurchschlagshemmung bei einer Deflagration oder einer Detonation entsteht. Die Dimensionierung der Kanäle 50 hängt von den Einsatzrandbedingungen wie beispielsweise die Dimensionierung der umgebenden Leitung, in der die Flammendurchschlagsicherung 48 einzusetzen ist, der durch die Leitung zu fördernde Volumenstrom, die Kraftstoffart, der Temperatureinsatzbereich, die Oberflächenbeschaffenheit der Kanäle etc. ab. Beispielhaft kann der Grundkörper einen Durchmesser von 30 mm und eine Länge von 20 mm aufweisen. Die Weite der Kanäle kann zwischen 0,4 mm und 2,5 mm und die Länge zwischen 6 mm und 15 mm liegen.
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Die Anzahl an Kanälen wird ebenfalls von den genannten Randbedingungen ab und kann beispielsweise zwischen 100 und 400 liegen. Anzahl und Dimensionierung der Kanäle bestimmen die freie Durchgangsfläche des Flammendurchschlagsicherung 48.
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Die Herstellung der Flammendurchschlagsicherung 48 als Sinterkeramik bietet den Vorteil, dass ein keramisches Bauelement ohne Poren entsteht, so dass die freie Durchgangsfläche exakt bestimmbar ist. Daneben ist es auch denkbar, die Kanäle mittels eines abrasiven Verfahren in den Grundkörper einzubringen, wie beispielsweise mittels Bohren, Laserablation, etc.
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Die in 2 gezeigte Anordnung der Kanäle 50 in Reihen und Spalten hat den Vorteil, dass eine einfache Sicht-Qualitätsprüfung erfolgen kann und der zur Verfügung stehende Platz an den Stirnseiten 52, 54 gut ausgenützt werden kann. Die Breite der zwischen den Kanälen verlaufenden Stege 56 ist in erster Linie von den Materialparametern des gewählten Materials abhängig und wird möglichst schmal gewählt. Es ist besonders hervorzuheben, dass mit der beschriebenen Flammendurchschlagsicherung 48 eine Nutzung nahezu der vollständigen Stirnflächen 52, 54 für den Durchfluss möglich ist. Lediglich in einem Randbereich 58 (siehe 2) kann aufgrund von Stabilitätserwägungen eine etwas größere Wandstärke gewählt werden, um dem Bauteil eine größere Festigkeit zu verleihen. Dabei wird der Anteil des Randbereichs an der Gesamtstirnfläche weniger als 10% einnehmen.
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4 veranschaulicht eine Flammendurchschlagsicherung 48' mit einer etwas anderen Anordnung der Kanäle 50. Bei dem in 4 gezeigten Beispiel sind die einzelnen – in der 4 waagrecht angeordneten – Zeilen 60 so zu den direkt benachbarten Zeilen entlang der Ausrichtung der Zeile versetzt, dass in der 4 senkrecht verlaufende Stege 56 benachbarter Zeilen 60 nicht miteinander fluchten. Dies hat den Vorteil einer höheren Stabilität des Bauteils, was wiederum in Form einer geringeren Stegbreite ausgenützt werden kann.
