Eine hydraulische Prüfbank schafft absichtlich Bedingungen, die hohen Druck, hohen Durchfluss, mechanische Bewegung, gespeicherte hydraulische Energie, heißes Öl, rotierende Komponenten und Komponentenausfälle umfassen können. Sicherheit kann daher nicht als Zubehör betrachtet werden, das nach dem Entwurf des Hydraulikschaltkreises und der Maschinenstruktur hinzugefügt wird.
Ein besserer Ansatz besteht darin, mit den Gefahren zu beginnen, die durch das tatsächliche Testverfahren entstehen, und dann mehrere Schutzschichten darum herum aufzubauen. ISO 12100 folgt diesem Ansatz zur Risikoerfassung und Risikominderung im Maschinendesign, während ISO 4413 erhebliche Gefahren im Zusammenhang mit hydraulischen Fluidkraftsystemen und -komponenten behandelt.
Für eine hydraulische Prüfbank bedeutet dies normalerweise, Druckbeherrschung, mechanischen Schutz, hydraulischen Druckschutz, gespeicherte Energiekontrolle, sicherheitsrelevante Steuerungen, Notabschaltung und sicheren Wartungszugang als ein integriertes System zu betrachten..
Beginnen Sie mit den Testgefahren, nicht mit dem Schutz
Ein häufiger Fehler besteht darin, zu entscheiden, dass eine Prüfbank “einen Sicherheitsdeckel benötigt”, bevor identifiziert wird, wogegen der Deckel tatsächlich schützen soll. Das richtige Schutzkonzept hängt von der getesteten Komponente und der Art des möglichen Ausfalls ab.
Bei der Zylindertests können die Hauptgefahren die Bewegung des Zylinders, das Versagen der Vorrichtung, freigesetzte mechanische Kräfte, das Versagen von Schläuchen oder Armaturen und Ölaustritte umfassen. Eine Pumpen- oder hydraulische Motortestbank kann zusätzlich zu unter Druck stehendem Öl rotierende Wellen und Kupplungen einführen, während eine Ventil- oder Schlauchtastbank einen größeren Schwerpunkt auf Flüssigkeitsfreisetzung und Komponentenausfälle legen kann.
Deshalb sollte die erste Entwurfsaufgabe eine Risikoanalyse sein, die normales Testen, Einrichtung, Komponentenbeladung, Anschluss, Druckentlastung, Wartung, voraussehbare Missbrauch und mögliche Komponentenausfälle abdeckt. ISO 12100 bietet speziell eine Methodik zur Identifizierung von Gefahren, zur Schätzung und Bewertung von Risiken und zur Reduzierung dieser Risiken während des Maschinenentwurfs und -gebrauchs.
Ein Schutz sollte dann um die identifizierte Gefahr herum entworfen werden, anstatt einfach um die äußeren Dimensionen der Maschine.
Wie sollte der Schutz gestaltet werden?
Der physische Schutz ist dazu gedacht, den Bediener und andere Personen während des Tests von einem Gefahrenbereich zu trennen. Abhängig von der Prüfbank kann dies feste Paneele, Zugangstüren, geschlossene Testkammern, Abschirmungen um rotierende Komponenten oder eine Kombination dieser Methoden umfassen.
Der Schutz muss auch mit der möglichen Richtung der Gefahr übereinstimmen. Ein transparenter Sichtbereich kann beispielsweise die Sichtbarkeit verbessern, aber sein Material, seine Dicke, die Montageart und der Standort müssen für das zu kontrollierende Risiko angemessen sein. Ein großes Testgebiet für hydraulische Zylinder kann ein anderes Gehäusekonzept erfordern als eine kompakte Ventilteststation.
In den Vereinigten Staaten verlangt OSHA's allgemeine Maschinen-Schutzanforderung, dass eine oder mehrere Schutzmethoden eingesetzt werden, um Bediener und andere Mitarbeiter vor Maschinengefahren zu schützen, und die hydraulische Presse-Hinweise von OSHA betonen ebenfalls, dass Schutzeinrichtungen keine zusätzlichen Gefahren schaffen dürfen.
Für Prüfgeräte sollte der Schutz auch den tatsächlichen Arbeitsablauf unterstützen. Die Bediener müssen weiterhin angemessenen Zugang zum Laden von Komponenten, Wechseln von Spannvorrichtungen, Anschließen von Schläuchen und Durchführen von Inspektionen haben. Ein Schutz, der so unpraktisch ist, dass die Bediener verführt sind, ihn zu umgehen, ist keine gute technische Lösung.
Schutzvorrichtungen und Sicherheitsverriegelungen sollten zusammenarbeiten
Eine Zugangstür kann physische Trennung bieten, muss jedoch bei einer automatisierten oder Hochdruck-Prüfbank möglicherweise auch mit dem Maschinensteuerungssystem interagieren.
Das Design kann beispielsweise verhindern, dass ein Hochdrucktest gestartet wird, während die Tür zum Testbereich geöffnet ist. Wenn die Tür während einer gefährlichen Testphase geöffnet wird, muss das Sicherheitssystem möglicherweise den betreffenden Vorgang stoppen und die Maschine in einen definierten sicheren Zustand versetzen.
Der wichtige Punkt ist, dass die Reaktion durch die Risikobewertung bestimmt werden sollte. Einfach einen normalen Grenzschalter mit einem PLC-Eingang zu verbinden, schafft nicht automatisch eine angemessene Sicherheitsfunktion. ISO 13849-1:2023 bietet eine Methodik für das Design und die Integration sicherheitsrelevanter Teile von Steuerungssystemen, einschließlich elektrischer, hydraulischer, pneumatischer und mechanischer Technologien, legt jedoch kein universelles Leistungsniveau für jede Anwendung fest.
Diese Unterscheidung ist besonders wichtig für PLC-gesteuerte Prüfstände. Das normale Maschinensteuerungsprogramm und die sicherheitsrelevanten Steuerungsfunktionen sollten nicht automatisch als dasselbe behandelt werden.
Wie sollte der hydraulische Druckschutz gestaltet werden?
Das Design sollte sowohl den erforderlichen Prüfdruck als auch vorhersehbare transiente Bedingungen berücksichtigen. Druckbegrenzungsanlagen sollten verhindern, dass das hydraulische System absichtlich über seinen vorgesehenen Betriebsbereich hinaus betrieben wird, während das Prüfverfahren unnötige Druckspitzen oder eingeschlossene Hochdruckabschnitte vermeiden sollte.
Als allgemeines ingenieurtechnisches Prinzip sollte der sichere Arbeitsdruck einzelner Komponenten nicht durch den vorhergesehenen Systemdruck überschritten werden. OSHA (Occupational Safety and Health Administration) macht diese Anforderung für hydraulische Ausrüstungen an mechanischen Presse explizit, während ISO 4413 umfassendere Sicherheitsanforderungen für hydraulische Systeme und Komponenten bietet.
Druckschutz kann auch mehr als ein Niveau erfordern. Das normale Steuerungssystem kann den erforderlichen Prüfdruck regeln, während eine unabhängige Druckbegrenzungsfunktion Schutz bietet, wenn die normale Steuerung ausfällt. Die genaue Architektur hängt von der Risikobewertung, dem Druckniveau, dem hydraulischen Schaltkreis und den geltenden Sicherheitsanforderungen ab.
Gespeicherte hydraulische Energie muss berücksichtigt werden
Das Stoppen der Pumpe bedeutet nicht unbedingt, dass eine hydraulische Prüfbank sicher zu öffnen ist.
Druck kann in einer Zylinderkammer, einem Schlauch, einem Akkumulator, einem Verteilergehäuse, einer Prüfvorrichtung oder einem isolierten Rohrabschnitt eingeschlossen bleiben. Ein belasteter Hydraulikzylinder kann auch mechanische Energie enthalten, selbst wenn die Energieeinheit nicht mehr läuft.
Die Maschine sollte daher über eine definierte Methode verfügen, um vom Testzustand in einen sicheren Zugangsbereich zu wechseln. Dies kann kontrollierte Druckentlastung, Bestätigung, dass der Druck auf ein akzeptables Niveau gefallen ist, und die Verhinderung unbeabsichtigter Bewegungen umfassen, bevor ein Bediener den Testbereich betreten kann.
Dies ist besonders wichtig, wenn ein verriegelter Schutz verwendet wird. Das Öffnen der Tür sollte nicht einfach die elektrische Energie entfernen, während sich erheblicher Hydraulikdruck hinter dem Schutz befindet.
Für Wartung und Service muss auch die Kontrolle über gefährliche Energien getrennt von normalen Betriebskontrollen betrachtet werden. Die Richtlinien von OSHA zu Maschinen betonen die Beziehung zwischen Maschinenschutz und Kontrolle über gefährliche Energien während Wartungsaktivitäten.
Not-Aus ist eine Sicherheitsfunktion, kein normaler Stop-Knopf
Eine hydraulische Prüfbank sollte auch berücksichtigen, wie der gefährliche Betrieb gestoppt werden kann, wenn eine abnormal Situation auftritt.
ISO 13850 legt funktionale Anforderungen und Designprinzipien für Not-Aus-Funktionen von Maschinen fest, während IEC 60204-1 elektrische, elektronische und programmierbare elektronische Geräte, die an Maschinen verwendet werden, abdeckt und Anforderungen für Not-Aus- und Steuerkreise enthält.
Ein Notaus sollte jedoch nicht als Ersatz für Schutzvorrichtungen, Druckschutz oder ein ordnungsgemäß gestaltetes Sicherheitsystem behandelt werden. ISO 13850 unterscheidet die Not-Aus-Funktion selbst von anderen Schutzmaßnahmen wie Abschirmungen oder Bewegungsbegrenzungen.
Für eine hydraulische Prüfbank kann die erforderliche Reaktion das Stoppen der hydraulischen Energie, das Bewegen der Ventile in einen geeigneten Zustand, die Verhinderung weiterer Druckerhöhungen oder das Stoppen gefährlicher mechanischer Bewegungen umfassen. Die sicherste Reaktion ist anwendungsabhängig, da das sofortige Entfernen der Energie nicht immer dasselbe ist wie die sichere Beseitigung gespeicherter hydraulischer Energie.
Die Sicherheitsüberwachung sollte das Druckschutzsystem unterstützen
Sensoren können auch eine wichtige Rolle spielen. bei der Bestätigung, ob das System innerhalb seines vorgesehenen Testbereichs funktioniert.
Drucksensoren können verwendet werden, um den tatsächlichen Testdruck zu überwachen, während Temperatursensoren anormale Öltemperaturen erkennen können. Türpositions-, Vorrichtungspositions- oder andere Statussignale können ebenfalls in die Steuerarchitektur integriert werden, wenn dies durch die Risikobewertung erforderlich ist.
Der wichtige Unterschied ist, dass Messung und Sicherheit nicht automatisch die gleiche Funktion sind.. Ein Drucktransducer, der zur Erstellung eines Testberichts verwendet wird, stellt nicht unbedingt ein unabhängiges Überdruckschutzgerät dar. Ebenso ist eine HMI-Warnung nicht dasselbe wie eine sicherheitsrelevante Schutzfunktion.
Das Design sollte daher zwischen Instrumentierung zur Messung des Tests und Geräten oder Steuerfunktionen zur Schutz von Personen und Ausrüstung unterscheiden.. Wo eine Funktion sicherheitsrelevant ist, sollten die erforderliche Architektur und Zuverlässigkeit durch die Risikobewertung der Maschine und die geltende Sicherheitskontrollmethodik bestimmt werden.
Das Sicherheitsdesign sollte den gesamten Testzyklus abdecken
Eine hydraulische Prüfbank ist nicht nur bei maximalem Druck gefährlich. Das Laden und Entladen schwerer Komponenten, das Wechseln von Vorrichtungen, das Anschließen von Schläuchen, das Durchführen von Niederdruckzirkulationen, das Starten eines Tests, das Ablassen des Drucks und die Wartung der Maschine können alle unterschiedliche Risiken erzeugen.
Eine nützliche Sicherheitsüberprüfung sollte daher der vollständigen Betriebsabfolge folgen, anstatt sich nur das hydraulische Schema bei Hochdruck anzusehen.
| Testphase | Typischer Sicherheitsfokus |
|---|---|
| Komponentenbeladung | Gewicht, Heben, Stabilität der Vorrichtung und Einklemmpunkte |
| Schlauch- / Adapteranschluss | Richtiger Anschluss und Druckbewertung |
| Vorbereitung vor dem Test | Sicherung, Zustand der Vorrichtung und Schaltungsanordnung |
| Druckprüfung | Druckhaltung, Schutzvorrichtungen und Überdruckschutz |
| Dynamisches Testen | Mechanische Bewegung, rotierende Teile und automatisierte Abfolge |
| Testabschluss | Kontrollierte Druckentlastung und Bestätigung des sicheren Zustands |
| Komponentenentfernung | Restdruck, heiße Oberflächen und mechanische Unterstützung |
| Wartung | Isolierung und Steuerung von gefährlicher Energie |
Die Betrachtung des gesamten Zyklus erleichtert auch die Identifizierung von Situationen, in denen ein Bediener möglicherweise in den geschützten Bereich eintreten muss und welche Bedingungen erfüllt sein müssen, bevor der Zugang erlaubt wird.
Anwendbare Normen hängen von der Maschine und dem Markt ab
Es gibt keinen einheitlichen Standard, der eine vollständige Risikobewertung für jede hydraulische Prüfbank ersetzt. ISO 12100 bietet den allgemeinen Rahmen für die Risikobewertung von Maschinen, ISO 4413 behandelt die Sicherheit von hydraulischen Fluidkraftsystemen, ISO 13850 behandelt die Entwurfsprinzipien für Not-Stopp-Schaltungen, ISO 13849-1:2023 befasst sich mit sicherheitsbezogenen Steuerungssystemen, und IEC 60204-1 behandelt elektrische Ausrüstungen von Maschinen.
Zusätzliche Anforderungen können je nach Typ der Prüfstation, Land, Branche, beteiligten Druckgeräten, elektrischer Anlage oder Kundenspezifikation gelten. In den Vereinigten Staaten können beispielsweise die allgemeinen Maschinen-Schutzvorschriften der OSHA auch für den Einsatz am Arbeitsplatz relevant sein.
Aus diesem Grund sollten Standards als Teil der Entwurfsanforderungen und nicht als Checkliste betrachtet werden, die nach dem Bau der Maschine hinzugefügt wird.
Schlussfolgerung
Das Sicherheitsdesign für eine hydraulische Prüfstation erfordert mehr als nur die Installation eines Sicherheitsventils und die Umrandung der Maschine mit einem Metallgehäuse. Die Prüfstation sollte so gestaltet werden, dass sie die Gefahren berücksichtigt, die durch die Komponente, den Prüfdruck, die hydraulische Energie, die mechanische Bewegung, die Betriebsfolge und die Interaktion mit dem Bediener entstehen.
Ein starkes Sicherheitskonzept kombiniert Risikobewertung, angemessenen Schutz, druckgeprüfte Komponenten, Überdruckschutz, kontrollierte Druckentlastung, sicherheitsrelevante Steuerungen, Not-Halt und sicheren Wartungszugang.. Diese Maßnahmen sollten zusammenarbeiten, anstatt als unabhängige Optionen behandelt zu werden.
Die nützlichste Entwurfsfrage lautet daher nicht:
“Welche Sicherheitszubehörteile sollten der Prüfstation hinzugefügt werden?”
Sondern:
“Was kann während jeder Phase dieses Tests passieren, und welche unabhängigen Schutzschichten sind erforderlich, um dieses Risiko zu mindern?”
Dieser Ansatz ergibt eine hydraulische Prüfstation, die nicht nur in der Lage ist, den erforderlichen Druck und Durchfluss zu erreichen, sondern auch sicher und kontrolliert getestet werden kann.
