DE3128995A1 - Anlage zum betanken von kraftfahrzeugen mit fluessigen, insbesondere kryogenen treibstoffen - Google Patents
Anlage zum betanken von kraftfahrzeugen mit fluessigen, insbesondere kryogenen treibstoffenInfo
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Description
RHEINHÜTTE, vorm. Ludwig Beck & Co. Unser Zeichen Wiesbaden VPA 81 P 8 5 2 7 DE
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT
Berlin und München
Berlin und München
Anlage zum Betanken von Kraftfahrzeugen mit flüssigen, insbesondere kryogenen Treibstoffen
Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Betanken von Kraftfahrzeugen mit flüssigen, insbesondere kryogenen
Treibstoffen, mittels eines aus einer Pumpe und einem Elektromotor bestehenden Tauchpumpenaggregats, das in
einem rohrförmigen, auf den Grund eines Vorratsbehälters hinabreichenden Gehäuse angeordnet und mit dem
das Gehäuse abschließenden Abdeckflansch verbunden ist, mit einem die Verbindung zum Vorratsbehälter herstellenden
Ventil am unteren Ende des rohrförmigen Gehäuses.
Es ist bekannt, zur Förderung von Treibstoffen wie beispielsweise Benzin, Dieselöl oder Flüssiggas Tauchpumpenaggregate
in einen Behälter derart an der tiefsten Stelle einzubauen, daß dieser praktisch vollständig
leergepumpt werden kann. Die Tauchpumpenaggregate sind vorzugsweise mit Kreiselpumpen ausgestattet, mit
denen große Flüssigkeitsmengen gefördert werden können.
Mit Rücksicht auf die Sicherheitsbestimmungen ist das
Tauchpumpenaggregat zusätzlich in ein rohrförmigen, gleichzeitig als Druckleitung dienendes Gehäuse eingesetzt,
das bis auf den Boden des Vorratsbehälters hinabreicht und an dessen Fußende ein von außen über ein Gestänge
oder unmittelbar durch das Aggregat bei dessen Ein- bzw. Ausbau betätigbares Ventil angeordnet ist.
In dem Gehäuse befindet sich ein sich konisch verjungender
Absatz, auf dem sich das Tauchpumpenaggregat mit einem entsprechend gestalteten Ansatz abstützt.
Der auf diese Weise gebildete Dichtsitz teilt das Ge-
Hk 2 Ts / 15.07.1981
-ί- VPA 8ί Ρ8 5 2 7 DE
häuse in einen Saugraum unterhalb und einen Druckraum
oberhalb des Aggregats. Zur Durchführung von Reparaturoder Wartungsarbeiten oder zum Austausch des Aggregats
gegen ein neues wird in das Gehäuse oberhalb des Flüssigkeitsspiegels
beispielsweise Stickstoff, ein Inertgas oder ein anderes, sauerstofffreies Gas eingeleitet,
das den Treibstoff in den Vorratsbehälter zurückdrückt, und nach Entleerung des Gehäuses das Fußventil geschlossen.
Wegen des Dichtsitzes kana dabei der Treibstoff nur über das Aggregat zurückfließen. Das Entleeren des
Gehäuses ist also ein zeitraubender Vorgang. Zum Ein-•und Ausbau des über ein Kabel mit dem Abdeckflansch
verbundenen Aggregats ist ein Hebezeug erforderlich (DE-PS 16.53 684 und DE-PS 27 07 042).
In der DE-AS 30 22 089 ist eine Anlage zum Umfüllen von Flüssigkeiten mit niedrigem Siedepunkt aus einem
Behälter in einen anderen Behälter, vorzugsweise in den Tank eines Kraftfahrzeuges, beschrieben. Als Kreiseipumpe
für das Tauchpumpenaggregat ist hier eine mehrstufige, auf beide Enden der Motorwelle aufgeteilte
Seitenkanalpumpe eingesetzt. Der Druckraum in dem rohrförmigen
Gehäuse oberhalb des Aggregats ist über eine durch ein Ventil absperrbare Ausgleichsleitung mit dem
Saugraum unterhalb des Aggregats verbunden. Durch diese den Dichtsitz umgehende Ausgleichsleitung wird der Zeitaufwand
für die Entleerung und Füllung des rohrförmigen Gehäuses je nach Querschnitt der Ausgleichsleitung mehr
oder weniger verringert. Das Aggregat ist mittels einer Kette mit dem Abdeckflansch verbunden. Insbesondere der
Einbau des Aggregats in das Gehäuse bereitet daher Schwierigkeiten, weil das Aggregat zur Herstellung des
Dichtsitzes zentrisch geführt werden muß. Außerdem muß die Kette so lang bemessen sein, daß die das Aggregat
mit dem Abdeckflansch verbindende elektrische Leitung nicht auf Zug beansprucht wird.
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Wie bereits erwähnt, eignen sich Kreiselpumpen besonders
für die Förderung großer Mengen. Dabei nimmt der Förderdruck mit zunehmender Fördermenge ab. Es ist
daher auch bei Verwendung einer mehrstufigen Seitenkanalpumpe nicht auszuschließen, daß der Förderdruck
nicht ausreicht, den Tank eines Kraftfahrzeuges zu füllen, wenn z.B. in dem Tank als Folge einer hohen«
Umgebungstemperatur ein überhöhter Druck herrscht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Tauchpumpenaggregat
mit einer Pumpe auszurüsten, deren Leistung auch unter ungünstigen Bedingungen ausreicht,
den Treibstoff in den Tank eines Kraftfahrzeuges zu fördern, und den Ein- und Ausbau des Aggregats mögliehst
einfach zu gestalten.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst,
daß die Pumpe des mit dem rohrförmigen Gehäuse einen Ringspalt bildenden Tauchpumpenaggregats eine Verdrängerpumpe
ist und daß die Verbindung zwischen dem Abdeckflansch und dem Aggregat aus einem den Abdeckflansch
durchdringenden und mit diesem verschweißten, an der Druckseite des Aggregats angeschlossenen Druckrohr
besteht.
Eine Verdrängerpumpe zeichnet sich durch eine sehr steile Kennlinie aus. Das bedeutet, daß eine geringe
Drosselung der Fördermenge einen hohen Druckanstieg zur Folge hat. Dadurch bietet die Verwendung einer Verdrängerpumpe
die Gewähr, daß ein Kraftfahrzeugtank auch gegen erhöhten Innendruck innerhalb kurzer Zeit
gefüllt werden kann. Da der Querschnitt des zwischen dem Aggregat und dem Gehäuse gebildeten Ringkanals
relativ groß ist und durch das Aggregat nur die geringe, in der Druckleitung und im Aggregat selbst vorhandene
Treibstoffmenge abgeführt werden muß, hängt die Entleerungszeit praktisch nur vom Durchgangsquerschnitt des
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Fußventiles ab. Durch die Schweiß verbindlang zwischen
dem Abdeckflansch und dem an das Aggregat angeschlossenen Druckrohr läßt sich das Aggregat ohne Schwierigkeiten
aus dem Gehäuse ausbauen bzw. in das Gehäuse einbauen, da weder auf eine genaue zentrische Führung des
Aggregates noch auf die Vermeidung von auf die elektrische Zuleitung wirkenden Zugkräften geachtet werden muß.
Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der ein Ausführungsbelspiel einer erfindungsgemäßen
Anlage dargestellt ist. Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein in einem Vorratsbehälter
eingesetztes rohrförmiges Gehäuse, Fig. 2 eine Draufsicht auf das rohrförmige Gehäuse in
teilweise geschnittener Darstellung,
Fig. 3 einen Längsschnitt durch das Tauchpumpenaggregat
und
Fig. 4 einen Querschnitt durch die Pumpe des Tauchpumpenaggregat 3.
In Fig. 1 ist eine Anlage zur Versorgung einer Tankstellen-Zapfsäule
mit einem flüssigen Treibstoff, vorzugsweise mit einem auch als Flüssiggas bezeichneten,
kryogenen Treibstoff dargestellt. Durch den Dom 2 eines Vorratsbehälters 1, der beispielsweise bis zu der
strichpunktierten Doppellinie 3 mit Treibstoff gefüllt ist, ist ein schleusenartiges, rohrförmiges Gehäuse 4
eingeführt, das bis auf den Boden 5 des Vorratsbehälters hinabreicht und mittels einer Flanschverbindung 6, 7
an dem Behälterdom befestigt ist, die den Vorratsbehälter dicht verschließt. Das freie Ende des Gehäuses trägt
einen Flanschansatz 8 und ist durch einen Abdeckflansch 9 abgeschlossen.
Eine Öffnung 10 im Abdeckflansch ist mit einer Platte 11 abgedeckt, in der druckfeste Durchführungen 12 zum
Anschluß von elektrischen Leitern 13 eingesetzt sind.
-ti -
VPA 81 P8527DE
Die Leiter 13 sind über eine Kabeleinführung 14 in einen die Öffnung 10 verschließenden Klemmenkasten 15
eingeführt. Ein Druckrohr 16 mit Anschlußflansch I6a
ist durch den Abdeckflansch 9 geführt und mit diesem verschweißt. Innerhalb des Gehäuses 4 ist das Druckrohr
an der Druckseite eines Tauchpumpenaggregates 17, das aus einem Elektromotor, beispielsweise einem Drehstrommotor,
und einer Pumpe besteht, mittels einer Schraubverbindung 18 angeschlossen und mit einem Überströmventil
19 ausgestattet. Eine die Durchführungen mit dem Aggregat verbindende elektrische Zuleitung 20
ist mit Schellen 21 am Druckrohr festgelegt. Am Fußende
des Gehäuses 4 ist ein durch ein Gestänge 23 betätigbares Ventil 22 angeordnet, das den Innenraum des Gehäuses
mit dem Vorratsbehälter 1 verbindet.
Das Tauchpumpenaggregat bildet mit dem Gehäuse einen Ringkanal 24 relativ großen Querschnittes, so daß der
im Gehäuse enthaltene Treibstoff im Falle einer Störung an dem Tauchpumpenaggregat bei geöffnetem Ventil 22
mittels eines in das Gehäuse eingeleiteten Gases, z.B. Stickstoff oder Inertgas, rasch in den Behälter zurückgedrückt
werden kann. Die gleichzeitig aus dem Druckrohr abstömende, vergleichsweise geringe Treibstoffmenge
führt nicht zu einer Verlängerung der Entleerungszeit. Die für die Entleerung und ebenso für die Auffüllung
des Gehäuses erforderliche Zeit hängt demnach nur von dem Durchflußquerschnitt des Fußventiles 22 ab.
Für die Einleitung des Gases zum Ausdrücken des Gehäuses
ist, wie sich aus Fig. 2 ergibt, in den Abdeckflansch 9 ein Druckstutzen 25 mit einem Absperrventil
26 eingeführt. Durch einen weiteren, in das Gehäuse eingesetzten Druckstutzen 27 mit Absperrventil 28 kann
das Gas aus dem Gehäuse abgelassen werden. Wie Fig. 2 weiterhin zeigt, sind das Gehäuse und der Vorratsbehälter über eine Druckausgleichsleitung 28, die mittels
Ψ -JtT- VPA 8ί P 8 5 2 7 DE
eines Ventils 29 absperrbar und durch den Flansch 7 hindurchgeführt ist, miteinander verbunden. Auf dem
Flansch 7 ist ferner der Antrieb 30 für das Fußventil 22 angeordnet, der nach Abnahme einer Kappe 31 zugänglieh
ist.
Wie bereits erwähnt, besteht das in Flg. 3 im Schnitt
dargestellte Tauchpumpenaggregat 17 aus einem Elektromotor 32, beispielsweise einem Drehstrommotor, und einer
unmittelbar auf dem Wellenstumpf 33 des Motors angeordneten, als Verdrängerpumpe 34 ausgeführten
Pumpe. Die Welle 35 des Motors ist in zwei Kugellagern 36, 37 in Spezialausführung im Gehäuse 38 des Aggregates
gelagert, die die Gewähr für eine hohe Lebensdauer der Lager auch in nicht schmierfähigen Flüssigkeiten
bietet. Der Kugellagerkäfig besteht aus einer Teflon-Verbundsintermasse, die während des Laufes der Kugeln
einen Schmierfilm liefert. Durch je eine Wellscheibe
39 sind die Kugellager axial vorgespannt.
Das Gehäuse 38 des Tauchpumpenaggregats ist im Bereich des Motors mit Kanälen 40 ausgestattet. Durch diese
Kanäle und durch den Luftspalt 41 zwischen dem Läufer 42 und dem Ständer 43 des Motors strömt die von der
Pumpe geförderte Flüssigkeit in das Druckrohr 16, das in eine im Gehäusedeckel 44 angeordnete Gewindebohrung
45 eingeschraubt ist. Ein Teil der Flüssigkeit durchströmt die Kugellager und verhindert eine Zerstörung
des Schmierfilmes, die durch eine Temperaturerhöhung entstehen könnte.
Das untere Ende des Aggregatgehäuses 38 ist durch eine auf der Außenseite mit einer ringförmigen Vertiefung
versehenen Bodenplatte 47 abgeschlossen. Die ringförmige Vertiefung, die über eine Ansaugöffnung 48 mit einem
unteren, muldenförmigen Saugraum 49 auf der Innenseite
I ZÖ33D
-/f■- VPA 81P8527DE
der Bodenplatte in Verbindung steht, ist durch einen
aus einem Sintermaterial bestehenden Filter 50 überdeckt. Auf der Innenseite der Bodenplatte ist ferner
ein unterer, muldenförmiger Druckraum 51 angeordnet. Der Saugraum und der Druckraum sind mit einer Steuerscheibe
52 mit saugseitigen Steuerschlitzen 53 und druckseitigen Steuerschlitzen 54 abgeschlossen. Oberhalb
der Verdrängerpumpe 34 befindet sich eine weitere Steuerscheibe 55 mit Steuerschlitzen 56 und 57, die eine
Verbindung zu einem oberen Saugraum 58 bzw. einem oberen
Druckraum 59 herstellen.
Zwischen den beiden Steuerscheiben 52 und 55 ist die
Verdrängerpumpe angeordnet, deren Innenläufer 60 Im Gleitsitz auf dem freien Ende 33 der Motorwelle 35 befestigt
ist, während der Außenläufer 61 in einer Hülse 62, beispielsweise aus Teflon-Bronze, gelagert ist. Die
Hülse 62 ist in ein Außengehäuse 63 eingesetzt, das mit einem den oberen und unteren Saugraum 49, 58 verbindenden
Zulaufschlitz 64 und einem die beiden Druckräume
51, 57 verbindenden Ablaufschlitz 65 ausgestattet ist.
Wie Fig. 4 zu entnehmen ist, trägt der Innenläufer 60 eine Außenverzahnung und der Außenläufer 61 eine Innenverzahnung.
Die Anzahl der Zähne des Innenläufers ist um eins kleiner als die des Außenläufers. Die Zähne
sind so bemessen und geformt, daß in jedem Zeltpunkt
und in jeder Drehstellung alle Zähne des Inrienläufers den Außenläufer berühren. Zwischen den Berührungspunkten
am Innen- und Außenläufer entstehen während einer Drehbewegung Verdrängungskammern 66, die mit den Saugräumen
bzw. Druckräumen über die Steuerschlitze 53 bzw. 54 (in Fig. 4 teilweise gestrichelt dargestellt) in
Verbindung stehen. Die durch eine Drehbewegung entstehende Veränderung der Größe der Verdrängungskammern
stellt eine Volumenänderung dar, die im wesentlichen sinusförmig ist. Da der Außenläufer vom Innenläufer an-
-X- VPA 81 P 8 5 2 7 DE
getrieben wird, ist die Relativgeschwindigkeit zwischen den beiden Läufern gering und infolgedessen die Lebensdauer
hoch. Der Förderstrom der Verdrängerpumpe ist der Drehzahl proportional. Durch die im Außengehäuse
angeordneten Verbindungsschlitze 64, 65 wird die Verdrängerpumpe von beiden Seiten mit der zu fördernden
Flüssigkeit beaufschlagt und die Förderflüssigkeit nach beiden Seiten hin ausgetragen. Dadurch wird ein
gleichförmiger Lauf, eine optimale Füllung und ein TO Druckausgleich in der Verdrängerpumpe erzielt. Die von
der Pumpe geförderte Flüssigkeit strömt durch einen Durchlaß 67 von dem oberen Druckraum 59 in den Innenraum
des Motors.
4 Figuren
3 Patentansprüche
Leerseite
Claims (3)
1. Anlage zum Betanken von Kraftfahrzeugen mit flüssigen,
insbesondere kryogenen Treibstoffen, mittels eines aus einer Pumpe und einem Elektromotor bestehenden
Tauchpumpenaggregats, das in einem rohrförmigen, auf den Grund eines Vorratsbehälters hinabreichenden Gehäuse
angeordnet und mit dem das Gehäuse abschließenden Abdeckflansch verbunden ist, mit einem die Verbindung
zum Vorratsbehälter herstellenden Ventil am unteren Ende des Gehäuses, dadurch gekennzeichnet
, daß die Pumpe (34) des mit dem rohrförmigen Gehäuse (4) einen Ringkanal (24) bildenden
Tauchpumpenaggregats (17) eine Verdrängerpumpe ist und daß die Verbindung zwischen dem Abdeckflansch (9) und
dem Aggregat aus einem den Abdeckflansch durchdringenden und mit diesem verschweißten, an der Druckseite
des Aggregats angeschlossenen Druckrohr (16) besteht.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet
, daß die Verdrängerpumpe (34) aus einem von der Welle des Elektromotors (32) angetriebenen,
außen verzahnten Innenläufer (16) und einem exzentrisch zu diesem angeordneten, innen verzahnten Außenläufer
(61), dessen Verzahnung einen Zahn mehr als die des Innenläufers enthält, und aus einem beide Läufer aufnehmenden
Außengehäuse (63) besteht.
3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein unterhalb der Pumpe und ein
oberhalb der Pumpe angeordneter Saugraum (49 bzw. 58) durch einen Zulaufschlitz (64) sowie ein unterhalb und
oberhalb der Pumpe angeordneter Druckraum (51 bzw. 59) durch einen Ablaufschlitz (65) im Außengehäuse (63)
miteinander verbunden sind.
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