Einleitung: Herausforderungen in Hydrauliksystemen und die Bedeutung der funktionalen Sicherheit

Hydrauliksysteme werden in industriellen Anlagen zur Übertragung von Energie und zum Steuern mechanischer Prozesse eingesetzt. Allerdings haben Hydrauliksysteme aufgrund hoher Drücke, hoher Temperaturen und hohen Sicherheitsanforderungen ein hohes Risiko von Unfällen. Funktionale Sicherheit ist entscheidend für die sichere Betriebsführung von Systemen entsprechend den Standards DSTU, EN und ISO.

Grundprinzipien: Physik und Mechanik von Hydrauliksystemen

Hydrauliksysteme arbeiten nach den Gesetzen der Hydraulik und der Flüssigkeitsmechanik. Die grundlegenden Prinzipien sind das Pascal'sche Gesetz und das Archimedisches Gesetz, die den Druckausgleich und das Auftriebsprinzip bestimmen. Die Sicherheit von Hydrauliksystemen wird durch Druckkontrolle und Konformität mit Ausführungsnormen gewährleistet.

Sicherheitsventilgeräte entsprechen den Standards EN 13442, ISO 1219-1, IEC 60947-2 sowie DSTU 2828:2022. Diese Standards legen Anforderungen an die funktionale Sicherheit fest, einschließlich der Auswahl von Leistungsebenen (Performance Levels, PL) und Anforderungen an die Konformität.

Technische Merkmale und Standards: Klassifizierung und Anforderungen

Die funktionale Sicherheit von Hydrauliksystemen wird durch Ausführungsstufen (PL) und Sicherheitsstufen (SIL) definiert. Ausführungsstufen werden von PL a bis PL e definiert, gemäß EN ISO 13849-1.. Jede Ausführungsstufe entspricht einer entsprechenden Sicherheitsstufe und Zuverlässigkeit.

Die verwendeten Standards umfassen:

EN 13442: Anforderungen an sichere Ventilieranlagen.
ISO 1219-1: Standards für hydraulische Systeme.
IEC 60947-2: Anforderungen an Schalter und Verteilergeräte.
DSTU 2828:2022: Anforderungen an die funktionale Sicherheit in der Ukraine.
ISO 281: Anforderungen an den Druckmessung.

Auswahl und Berechnung: Kriterien und Formeln

Die Auswahl sicherer Ventilgeräte hängt vom Nenndruck, der Leistung der Anlage und den Anforderungen an die funktionale Sicherheit ab. Die Berechnung der Größe des Ventils wird gemäß der Formel durchgeführt:

Q = A * v

Q — Volumenstrom, A — Querschnittsfläche, v — Strömungsgeschwindigkeit.

Tabelle 1 gibt Empfehlungen für die Auswahl von Ventilen abhängig von den Ausführungsstufen:

Ausführungsgrad (PL)	Druck (bar)	Temperatur (°C)	Material	Durchschnittliche Ausfallsfreiheitszeit (MTBF, h)
PL a	100–300	−20 bis +100	Stahl	10000
PL b	300–500	−20 bis +120	Edelstahl	5000
PL c	500–800	−20 bis +150	Titan	2000
PL d	800–1200	−20 bis +200	Nickel	1000
PL e	1200–1500	−20 bis +250	Titan + Nickel	500

Richtige Installation und Einstellung: Praktische Empfehlungen

Die Installation sicherer Ventilgeräte muss unter Berücksichtigung der Temperatur, des Drucks und des Mediums erfolgen. Die Ventile müssen mit speziellen Flanschen und Verbindungen befestigt werden. Es ist notwendig, Dichtheitsprüfungen vor der Inbetriebnahme durchzuführen.

Anpassungsschritte:

Konformitätsprüfung nach Standards.
Anschluss an das System.
Start der System in Testmodus.
Druck- und Temperaturregulierung.
Daten aufzeichnen für weiteren Analysen.

Modale Ausfälle und Ursachenanalyse: Problemdefinition

Häufigste Ursachen von Hydraulikversagen umfassen Versagen von Ventilen, Druckabfall und Überhitzung. Visuelle Anzeichen von Versagen umfassen Flüssigkeitsausfluss, Veränderung des Durchflusses und Temperaturabweichung. Die Ursachenanalyse wird mithilfe der Methode Failure Mode and Effects Analysis (FMEA) durchgeführt.

Tabelle 2 zeigt die häufigsten Ausfälle:

Modale Ausschaltung	Ursachen	Visuelle Merkmale	Analysemethode
Fehler des Ventils	Abnutzung, falsche Installation	Flüssigkeitsausfluss, Druckabfall	FMEA
Überhitzung	Unzureichende Belüftung, hoher Druck	Temperaturänderung, Verdampfung	Thermischer Analyse
Druckabfall	Kauf von falschen Komponenten	Reduzierung der Produktivität	Hydraulischer Analyse
Ausfall des Ventilators	Überhitzung, hoher Druck	Temperaturänderung	Elektrischer Analyse
Zurückkehren in die Ausgangsposition	Falsche Einstellungen	Fehlerhafte Funktion	Mechanischer Analyse

Prognostisches Wartung und Zustandsmonitoring: Methoden und Techniken

Prognostisches Wartungssystem von Hydrauliksystemen wird durch Überwachung von Druck, Temperatur und elektrischen Parametern durchgeführt. Die Methoden umfassen die Verwendung von Druckmessern, Thermosensoren und elektrischen Messgeräten. Zudem werden Datenanalyse und Vorhersage Systeme eingesetzt.

Monitoring-Systeme müssen den Normen EN 61508 und ISO 13374. entsprechen. Sie gewährleisten die Einhaltung der Anforderungen an die funktionale Sicherheit.

Vergleichstabelle: Varianten sicherer Ventiltechnik

Tabelle 3 zeigt ein Vergleich von drei Varianten sicherer Ventiltechnik:

Variante	Ausführungsgrad	Druck (bar)	Temperatur (°C)	Material	MTBF (Jahr)	Preis (USD)
Variant A	PL c	500–800	−20 bis +150	Titan	2000	500
Variant B	PL d	800–1200	−20 bis +200	Nickel	1000	800
Variante C	PL e	1200–1500	−20 bis +250	Titan + Nickel	500	1200

Schlussfolgerung: Wählen Sie die richtigen Komponenten für eine sichere Arbeit

Die funktionale Sicherheit von Hydrauliksystemen ist entscheidend für die Zuverlässigkeit und Sicherheit in industriellen Anlagen. Die Auswahl richtiger Komponenten, die den entsprechenden Normen entsprechen, gewährleistet eine langlebige Betriebszeit und verringert das Risiko von Unfällen.

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Referenzen-Liste

EN 13442:2019 — Anforderungen an sichere Ventilieranlagen.
ISO 1219-1:2019 — Normen für hydraulische Systeme.
IEC 60947-2:2019 — Anforderungen an Schalter und Verteilergeräte.
DSTU 2828:2022 — Anforderungen an die funktionale Sicherheit in der Ukraine.
ISO 281:2017 — Anforderungen an die Druckmessung.